ЛУННАЯ БАЗА В КОСМИЧЕСКИХ ПРОГРАММАХ ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАН
В. Ф. ЧЕЛЯЕВ
Основной стратегической задачей освоения космического пространства в XXI веке будет создание космических баз - лунной и марсианской.
Еще К.Э. Циолковский в своих трудах указывал на использование Луны в качестве сырьевой базы и составной части инфраструктуры земной цивилизации как на один из путей развития космических исследований. Более конкретные идеи в разное время выдвигались основоположниками практической космонавтики, в работах которых Луна рассматривается как ближайший внеземной источник материалов для обеспечения растущей инфраструктуры в космосе при освоении Солнечной системы, удобная стартовая площадка и лаборатория для отработки технических средств дальнейшего освоения космоса.
Более того, считается, что развернутая индустриализация космоса не может § обойтись без ресурсов Луны, и разраба-£ тывать их нужно так, чтобы компенсиро-| вать высокую стоимость транспортиров-§ ки грузов с Земли на ее орбиту. Посколь-^ ку атмосфера на Луне отсутствует, а I вторая космическая скорость составляет ¡1- 2.4 км/с, энергетические затраты на вы-§ ведение полезного груза с лунной по-§ верхности на высокую околоземную ор-£ биту (от 33 900 км, экваториальную) в | 20-30 раз меньше, чем при запуске с " Земли.
В связи с этим представляется, что самым дефицитным продуктом, который
32
будет требоваться в околоземном космосе, включая Луну, окажется жидкий кислород, составляющий 6/7 массы горючего, используемого химическими ракетами.
Как это ни удивительно, но безатмосферное тело Луны может стать основным источником кислорода, который действительно широко распространен на Луне. Об этом свидетельствуют результаты исследований доставленных на Землю лунных образцов.
Кроме того, исследования показали, что в лунном грунте в больших количествах представлены такие металлы, как железо и титан; содержание никеля и вольфрама тоже значительно. Особо следует отметить, что большинство присутствующих в поверхностном слое лунного грунта (реголита) металлов, многие миллионы лет подвергавшихся воздействию космических факторов, в первую очередь - корпускулярного излучения, пребывает в восстановленной форме в виде микрочастиц, что делает их высококачественным сырьем для металлургии.
К задаче первой очереди освоения полезных ископаемых Луны можно отнести производство, накопление и длительное хранение расходных материалов - кислорода, водорода, метана, воды, аргона. Ко второй очереди - добычу и использование в производстве железа, титана, кремния, алюминия и других металлов. При этом необходимо предусмотреть как
© В. Ф. Челяев
использование этих материалов в качестве полуфабрикатов с транспортировкой на окололунные, околоземные и даже, при необходимости и экономической эффективности, наземные производственные комплексы, так и глубокую переработку на самой Луне с изготовлением разнообразной продукции.
В перспективе наземная атомная энергетика на основе реакторов деления будет постепенно вытесняться энергетикой на базе термоядерного синтеза, а обеспечение повышенной экологической безопасности наземной термоядерной энергетики может быть достигнуто при использовании экологически чистого термоядерного топлива - гелия-3.
На Земле запасов этого изотопа гелия, пригодных для промышленной добычи, недостаточно. В частности, это связано с тем, что магнитное поле Земли экранирует попадание "солнечного ветра", содержащего "солнечное топливо" гелий-3, на поверхность Земли.
Одним из перспективных способов решения данной проблемы может стать добыча гелия-3 на телах космического пространства. Его прогнозируемые запасы на Луне весьма значительны, а доставка с Луны, как показали предварительные
исследования, не только технически возможна, но и энергетически выгодна, и, по-видимому, экономически оправдана.
Системными исследованиями установлено, что кислородное производство на Луне сможет обеспечить транспортную космическую систему (ТКС) уже в этом столетии. Наличие залежей воды на лунных полюсах или добыча кислорода из лунного реголита существенно поддержали бы экономику всей транспортной космической системы. К тому же предполагается, что в этом столетии на Луне начнется добыча и производство некоторых особенно необходимых материалов. Например, предлагается добывать метеоритный металл (преимущественно железо) с помощью магнита, перерабатывая большое количество грунта; или производить титан из ильменита уже при более значительных затратах энергетических и трудовых ресурсов.
Естественным и наиболее реальным источником энергии в лунных условиях является солнечное излучение (см. рисунок). В течение лунного дня на каждый квадратный метр поверхности, освещенной отвесными лучами, приходится поток около 1400 Вт.
Подповерхностное лунное жилище (лаборатория) на полюсе,
снабжаемое энергией солнечного света от гелиостата.
Луна чрезвычайно удобна для расположения на ней и на окололунных орбитах энергетических систем, преобразующих солнечную энергию в электроэнергию и микроволновое излучение как для использования на самой Луне, так и для распределения энергии между потребителями в окололунном пространстве и, возможно, для передачи на Землю.
Отсутствие атмосферы, а, следовательно, и механического воздействия атмосферных осадков и ветровых процессов, создает благоприятные условия для строительства на поверхности Луны больших солнечных электростанций. Именно поэтому солнечные электростанции взяты за основу энергетических установок (ЭУ) для лунной базы.
В 1986 г. Комитет по изучению Солнечной системы (The Solar System Exploration Committee, SSEC), организованный в NASA, завершил работу над второй частью проекта "Расширенной программы по изучению Солнечной системы", в которой предложена перспектива последовательности этапов освоения космического пространства. Вот ее основные пункты:
• создание первых блоков лунной базы и пробное производство ракетного топлива из местных материалов;
• пробная отгрузка грунта с Луны для промышленного использования;
• перемещение космодрома на окололунную орбиту для обеспечения развивающейся деятельности человека на Луне;
ш • начало отработки транспортной си-8 стемы "Земля-Марс" для посылки робо-* та - предшественника миссии на Марс; § • пилотируемые исследования и изыс-£ кания обитаемой базы на Фобосе, Деймо-¡ се и Марсе;
® • первая доставка промышленных ре-¡ сурсов - кислорода, воды, компонентов § ракетного топлива, строительных мате-£ риалов - с марсианской базы.
s _ у
§- В соответствии с предполагаемой ? стратегией освоения космоса лунная база представляется в качестве первой ступени в освоении Луны и Марса и их
природных ресурсов. Американские специалисты в общих чертах уже наметили перспективный план - основные вехи исследований Луны и Марса и использования их природных ресурсов.
В этом плане Луне отводится место базы для первого поселения в космосе. Луна - легкодоступный небесный объект с частыми противостояниями, благоприятными для запусков с Земли, что обеспечивает возможность сравнительно простого контроля за здоровьем экипажа и надежностью систем оборудования. И это - основное ее преимущество. А недостатком Луны, возможно, будет отсутствие некоторых природных ресурсов, таких как вода и водород. В то же время, достаточным количеством указанных природных ресурсов располагает, по-видимому, Марс: предполагается, что два его спутника Фобос и Деймос могут состоять на 20-40% из воды, а также из других, недостающих на луне полезных ископаемых.
Таким образом, лунная промышленность, основанная на технике, в которой нет принципиально нерешенных вопросов, может быть создана в относительно близком будущем, обсуждаются только ее экономические показатели.
К настоящему времени практические работы по исследованию и освоению Луны проводятся в США, Китае, Японии, Великобритании, Германии и Швеции. Кроме того, интерес к данным работам проявляют Турция, Малайзия и ряд других стран.
В связи с тем, что США - одна из ведущих космических держав, американская лунная программа является наиболее интересной. Основной приоритет новой космической программы США, анонсированной президентом Джорджем Бушем в январе 2004 года, отдан полетам к планетам солнечной системы, в том числе пилотируемым полетам на Луну и на Марс. Последовательность проведения этих работ условно можно разделить на четыре основных этапа:
• 2008-2015 годы - проведение детальных исследований при помощи автоматических космических аппаратов;
• 2015-2020 годы - возобновление пилотируемых полетов на Луну, начало строительства лунной базы;
• 2020-2025 годы - строительство лунной базы, проведение исследований и начало использования лунных ресурсов;
• 2025-2030 (2035) годы - подготовка и осуществление пилотируемой экспедиции на Марс.
В рамках реализации этой программы, получившей название "Созвездие", в США разрабатывается новая ракета-носитель "Арес" и космический корабль "Орион".
Особое внимание в процессе реализации новой американской космической программы отводится лунной базе, которая станет форпостом для дальнейшего проникновения в космическое пространство.
В настоящее время в США проведены большие работы по определению места развертывания лунной базы. Анализ последних публикаций показывает, что американские специалисты считают весьма перспективным развертывание базы в районе Южного полюса Луны, поскольку предполагается, что там, возможно, есть замерзшая вода. Использование местной воды в различных системах лунной базы (система обеспечения жизнедеятельности, технологические системы, энергетические системы и др.) может значительно ускорить процесс строительства базы, а также уменьшить стоимость транспортных операций.
В целях подтверждения наличия льда на Луне США планируют уже в октябре 2008 г. запустить два орбитальных спутника:
• спутник ЬЯО, цель которого - поиск замерзшей воды на Луне и, как следствие, возможных мест посадки пилотируемых лунных экспедиций для начала развертывания лунной базы. Для определения присутствия замерзшей воды на Луне на спутнике ЬЯО будет установлен
российский прибор LEND
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.