Колонизация Луны: основные причины для высадки на земной спутник

От строительства электростанций и добычи лунных ресурсов до космического туризма и проблемы перенаселения.

  Полвека назад казалось, что недалек тот день, когда на Луну будут летать как на дачу. Сегодня на Луну не полетишь, даже если очень захотеть: нет подходящих ракет. Технологии шагнули вперед, а пилотируемая космонавтика — нет.

Российский астроном Владимир Сурдин как-то заметил: между покорением Южного полюса и основанием на нем первой базы прошло 45 лет, а в Марианскую впадину человек вернулся лишь спустя 52 года после первого погружения.

Последняя американская экспедиция на Луну в рамках программы «Аполлон» состоялась в 1972 году, то есть 45 лет назад. Если верить представленной аналогии, согласно которой между открытием труднодоступной точки и возможностью её полноценного изучения проходит примерно 50 лет, то ждать новых полетов на Луну стоит уже в ближайшее время.

Причем на этот раз человечество должно закрепиться на Луне более основательно, ведь у лунной колонии может быть и прагматичная цель, и коммерческая составляющая. Правительства смотрят на Луну как на источник ресурсов, бизнесмены — как на курорт для миллиардеров, ученые — как на космическую лабораторию, а романтики — как на первую остановку на пути расселения человечества в космосе.

Кто участвует в новой лунной гонке

В августе 1976 года советский аппарат «Луна-24» сел на лунную поверхность в районе моря Кризисов. Он пробурил двухметровую скважину, извлек образец лунного грунта и доставил его на Землю. Этот полет оказался последней миссией на Луну в 20 веке — следующая посадка на поверхность спутника Земли состоялась лишь через 37 лет, в 2013 году.

Осуществил её китайский аппарат «Чанъэ-3», доставив туда небольшой луноход. Миссия была частью обширной китайской лунной программы, следующий крупный этап которой запланирован на конец 2017 и начало 2018 годов. На этот раз китайцы планируют привезти на Землю собственные образцы грунта с обратной стороны Луны, где еще не садился ни один аппарат.

На начало 2018 года также запланирован запуск индийской лунной станции «Чандраян-2» — в её задачу входит посадка на Луну и запуск лунохода. Ни Индия, ни Китай пока не заявляли о конкретных планах пилотируемого полета на Луну в обозримой перспективе. Зато это сделала Япония, официально поставив перед собой задачу в партнёрстве с NASA отправить человека на Луну уже к 2030 году.

В самом американском агентстве от планов по скорейшему возвращению на Луну отказались ещё в 2011 году. Наиболее приоритетный проект для США — пилотируемый полет на Марс. Луна при этом может стать своеобразным перевалочным пунктом — на орбите вокруг неё можно разместить станцию, откуда будет стартовать межпланетный корабль.

На фоне такой мировой активности Россия также вернулась к задаче покорения земного спутника. К 2017 году российская лунная программа уже успела получить от государства солидное финансирование, затем частично его лишиться из-за кризиса и переориентироваться на более поздние сроки. Основные планы российской программы касаются отправки на Луну автоматических станций и доставки на Землю образцов лунного грунта в период с 2019 по 2024 годы.

Хорошо забытое старое

Для полета на Луну необходимы три основных компонента:

• ?Тяжелая ракета, способная отправить груз к Луне.
• Космический корабль для межпланетных путешествий.
• Спускаемый лунный модуль.

В СССР так и не решили задачу отправки человека на Луну из-за неудачных испытаний тяжелой ракеты Н-1. Лунный модуль и космический корабль при этом успешно прошли испытания. Корабль назвали «Союз», и он до сих пор используется для доставки людей на МКС.

Распространённый вопрос: «Почему нельзя заново сделать то, на чем уже летали на Луну?». Ответ: можно, но это лишено смысла. Представьте, что вам нужно сделать автомобиль. Вряд ли вы пойдете искать чертежи модели пятидесятилетней давности — её создание обойдется дороже, а результат будет сомнительным. По этой же причине в 2017 году нет смысла воссоздавать ракету и корабль из 1960-х годов — технологии ушли далеко вперед, и сегодня можно добиться лучших результатов.

Новая российская лунная программа изначально строилась вокруг проекта тяжелой ракеты «Ангара-А5». Разработка линейки ракет «Ангара» на экологичном топливе (по сравнению с токсичным гептилом, на котором летают «Протоны») шла с начала 90-х годов, и за все это время «Ангара-А5» была испытана всего один раз — в 2014 году. В итоге из-за дороговизны ракеты от её эксплуатации было решено отказаться.

Внимание российских инженеров переключилось на советскую ракету «Зенит», которую создатель частной космической компании SpaceX Элон Маск как-то назвал «лучшей в мире, если не считать Falcon». «Зенит» была создана как разгонная ступень для тяжелой ракеты «Энергия», теперь же её планируют доработать и превратить в самостоятельную единицу под названием «Феникс».

У «Феникса» есть несколько преимуществ перед «Ангарой». Во-первых, её создание должно обойтись в два-три раза дешевле. Во-вторых, для «Ангары» необходимо строить отдельный стартовый стол на космодроме, «Феникс» же можно запускать как с Байконура, так и с «Морского старта» — плавучей платформы, позволяющей осуществлять запуск из океана. Это дает возможность стартовать точно с экватора, что придает ракете максимальное ускорение за счет вращения Земли.

В 2016 году обанкротившийся ранее «Морской старт» был приобретен авиакомпанией S7, которая одновременно с этим заказала 12 ракет типа «Зенит» у завода «Южмаш». Первый коммерческий старт с этой площадки запланирован уже на 2017 год.

Предполагается, что для запуска пилотируемого полета к Луне можно будет использовать несколько «Фениксов», объединенных в одну ракету-носитель. Нечто подобное пытаются реализовать и в SpaceX с ракетой Falcon Heavy, правда, её испытания откладываются уже в течение нескольких лет.

Окончательно от «Ангары» в Роскосмосе отказываться не стали — по последним данным, для неё всё же построят стартовый стол на космодроме «Восточный» с прицелом на будущие пилотируемые запуски.

Запуски к Луне должны начаться уже скоро. Первый российский автоматический лунный модуль должен отправиться к месту назначения в 2019 году в рамках миссии «Луна-25 Глоб». Предполагается, что миссия позволит отработать технологии мягкой посадки на территории Южного полюса Луны — перспективного района для основания колонии.

Уже много лет ведется разработка космического корабля нового поколения «Федерация» — он должен заменить «Союзы» и «Прогрессы» и доставить на Луну четырех российских космонавтов. Первые беспилотные запуски корабля намечены на 2021 год, а первый пилотируемый полет — на 2024 год.

Лидер по-прежнему США

В NASA тоже разрабатывают новый космический корабль под названием Orion. Его испытания были проведены в 2014 году, а первый пилотируемый полет может состояться уже в конце 2018 года — причем сразу к Луне.

Изначально на 2018 год был запланирован беспилотный полет «Ориона». Полет к Луне должен был стать испытанием и для корабля, и для тяжелой ракеты SLS, создаваемой американцами с прицелом на марсианскую экспедицию. Но с приходом администрации Дональда Трампа начались разговоры о том, что раз к Луне полетит уже готовая техника, почему бы не снабдить её экипажем.

Как только в NASA начались публичные обсуждения пилотируемого полета, SpaceX объявила, что готова в 2018 году отправить к Луне двоих туристов на корабле Dragon 2 и ракете Falcon Heavy.

Однако ни Falcon Heavy, ни SLS еще даже не прошли испытаний. Потенциально обе ракеты могут стать «чемпионами» современности по грузоподъемности, но заявления о пилотируемом запуске в 2018 году пока не выглядят реалистичными.

«Запасная» планета

Элон Маск не скрывает, что его главная мотивация в деле колонизации Марса — создание «резервной копии» человечества. Век развития цивилизации пришелся на достаточно спокойный период в истории Земли — не было резких изменений климата, падений крупных метеоритов, угрозы вулканической активности и прочих катастроф, которые в истории планеты случались регулярно.

Идея запасного дома не нова, и о ней всерьёз рассуждал ещё Циолковский. Вариантов не так много — это либо Марс, либо Луна.

Подлунный мир

Поверхность Луны примерно равна сумме площадей трех крупнейших стран Земли — России, Канады и Китая. Луна в 81 раз легче Земли, а сила тяжести на ней меньше в шесть раз. Но по космическим масштабам Луна и Земля — тела примерно одного порядка. Иногда даже говорят, что они составляют двойную планетную систему.

Луна всего в полтора раза меньше Меркурия — такого соразмерного спутника больше нет ни у одной планеты в Солнечной системе (похожую систему составляют теперь уже бывшая планета Плутон и её спутник Харон, но они во много раз легче Земли и Луны).

Поверхность Луны не пригодна для жизни в первую очередь из-за трех факторов: перепады температур от –150 ?C до +120 ?C, космическая радиация и постоянная бомбардировка микрометеоритами. Землю от всего этого защищает атмосфера, которой у Луны нет — испаряющиеся под действием излучения Солнца с поверхности гелий, водород и другие газы очень сильно разрежены.

На поверхности Луны лежит толстый слой стертого в пыль реголита, по большей части состоящего из смеси стекла и песка. Теоретически его можно использовать для защиты от радиации и небольших метеоритов. Как и на Марсе, базу на Луне имеет смысл покрывать слоем грунта в несколько метров — это можно сделать, например, при помощи управляемого взрыва, как предполагалось в проекте советской лунной базы «Звезда».

Из-за воздействия солнечного ультрафиолета пыль на Луне наэлектризована и особенно опасна для здоровья и электроники. В отличие от частичек земной пыли, которые сглаживаются эрозией, лунные пылинки имеют остроконечную форму. К концу третьих суток американских лунных экспедиций перчатки скафандров астронавтов стирались пылью почти до дыр.

Избавиться от всех этих проблем можно под поверхностью Луны, но создание такой «подлунной» базы потребует больших затрат энергии. Есть и совсем экзотические предложения — например, бурить в толще Луны многокилометровые тоннели, превращая их в целые ландшафты земного типа с искусственным освещением.

Застывшие базальтовые лавы Луны настолько прочны, что широкие тоннели не потребуют никаких укреплений, а плотность пород позволит заполнять их кислородом, не боясь, что он сразу же весь утечет. Для создания в них обитаемых условий нужно будет раздобыть воду, кислород и энергию.

Лунные колодцы

Миссия «Луны-24» оказалось не только последней в 20 веке, но и чрезвычайно полезной — в привезенной ей образцах грунта советские ученые нашли небольшое содержание воды. В начале 21 века американский орбитальный зонд LRO с помощью российского детектора обнаружил в полярных зонах Луны грунт с концентрацией воды не менее 3%. Стоимость гипотетических миссий сразу снизилась благодаря возможности не брать с собой запасы жидкости.

Но добывать воду на Луне будет непросто — при температуре –150 ?C водяной лед становится прочнее стали. Существует мнение, что в будущем проще и дешевле окажется транспортировать на Луну пролетающие мимо ледяные кометы, используя миниатюрные реактивные двигатели.

Электростанция на аутсорсе

Единственный доступный источник энергии на Луне — это Солнце. Из-за отсутствия атмосферы солнечные батареи на Луне могут вырабатывать в шесть-восемь раз больше энергии, чем на поверхности Земли. Отсутствие погодных условий делает выработку стабильной во времени.

Существуют целые проекты превращения Луны в огромную электростанцию. Если построить вокруг лунного экватора пояс из солнечных батарей, то он смог бы вырабатывать энергию круглосуточно. С помощью направленного СВЧ-излучения её можно было бы передавать на Землю.

Строительством таких сооружений могут заниматься роботы, причем большую часть необходимых для этого материалов можно добывать на месте. Впрочем, подобные проекты пока относятся скорее к области фантастики.

Добыча ресурсов

Согласно так называемой импактной гипотезе, Луна возникла около 4,5 млрд лет назад в результате столкновения Земли и планеты размером с Марс. Столкновение предопределило различия в составе лунного и земного грунта, в том числе меньшее содержание в лунных породах тяжелых элементов.

К примеру, содержание железа в лунном грунте сильно уступает рудам, которые разрабатываются на Земле. В среднем оно составляет 5-10% — по земной классификации такая порода даже не считалось бы рудой (в руде должно быть не менее 16% железа).

Из полезных элементов в составе реголита также есть кислород (40%), алюминий (10%), магний (5%) и титан (3%). Причем концентрация последнего близка к земной. Если на Луне когда-либо возникнет производство, то отсутствие атмосферы может быть большим плюсом для выплавки особо прочных сплавов — в условиях земной атмосферы этому мешает кислород.

Гелий-3

Но всё же самый известный лунный ресурс — это гелий-3 (один из двух стабильных изотопов этого благородного газа). Гелий-3 — это один из компонентов перспективного топлива для термоядерного реактора. На Земле гелия-3 практически нет, а до поверхности Луны он долетает вместе с солнечным ветром и постепенно накапливается в верхнем слое грунта.

Его концентрация на Луне невелика — на 100 тонн грунта приходится один грамм вещества. Однако по самым пессимистичным оценкам, на Луне его должно быть не менее 500 тысяч тонн. При нынешнем уровне потребления энергии лунных запасов хватило бы миру как минимум на пять тысяч лет.

Проблема в том, что для протекания термоядерной реакции синтеза гелия-3 с дейтерием требуется температура в миллиарды градусов, а также механизм удержания плазмы при такой температуре. Пока ученым удается создать нечто подобное на опытных установках лишь при температурах в несколько сотен миллионов градусов, которые годятся для реакции дейтерия с тритием, но не с гелием-3.

Если развитие термоядерной энергетики пойдет по пути применения реакции с более низкой температурой (и меньшей отдачей энергии), то гелий-3 в промышленных масштабах окажется невостребован.

Научные проекты

В состав последней американской лунной экспедиции «Аполлон-17» входил геолог Харрисон Шмидт. До него на Луну летали исключительно профессиональные летчики-испытатели, из которых традиционно набирали астронавтов. Шмидта долго готовили к полету, и оказалось, что не зря — именно он привез на Землю самые интересные для науки образцы.

Так, именно Шмидт обнаружил самый старый камень из известных человечеству на тот момент, возраст которого оценили в 4,5 миллиарда лет. На Земле породы сравнительного возраста удалось найти лишь позже, всего в двух местах — Гренландии и Австралии. На Луне из-за отсутствия геологической активности подобные камни могут буквально валяться под ногами. Парадоксально, но возможно, что изучать историю Земли будет проще на Луне.

Там же проще изучать и окружающую Вселенную. Отсутствие атмосферы делает Луну идеальным местом для установки телескопов любого диапазона. Обслуживание лунных телескопов будет дешевле орбитальных (таких как «Хаббл» или «Джеймс Уэбб»), и вопрос заселения Луны такими астрономическими лабораториями — это вопрос времени и начальных вложений.

Лунный туризм

Тем не менее, не стоит ждать, что термоядерная энергетика и лунные лаборатории появятся раньше 2050 года. А вот туристов на Луне можно увидеть уже довольно скоро.

По оценкам экспертов, билет на Луну может стоить около $100-150 млн — примерно в три-пять раз больше, чем стоимость полета на МКС. В Роскосмосе уже обещали начать отправлять туристические рейсы с облетом Луны и последующим возвращением на Землю на корабле «Союз» в 2021 году. Цена билета составила около $120 млн, нашлись и первые клиенты, но за неимением нужной ракеты говорить о точных сроках пока не приходится.

Компания SpaceX также выступила с предложением слетать вокруг Луны и обратно, но установила более низкую цену — $70 млн за билет. Если Маску удастся выполнить обещание, Роскосмосу с лунными туристами, видимо, придется попрощаться. Или же вдвое снизить цену.

Пока что именно организация туристических полетов — наиболее реалистичный сценарий возвращения человека на Луну. С научными и инженерными задачами роботы уже справляются не хуже человека, а их отправка обходится в разы дешевле.

Кроме того, пока неясно, какие именно политические цели могут стоять за новым покорением Луны. В условиях нестабильной финансовой обстановки правительства предпочитают тратить деньги на более понятные и окупаемые проекты. Особняком здесь стоит Китай, для которого лидерство принципиально по идеологическим соображениям.

И все же на Луне определенно есть чем заняться и без идеологии — в этом её главное преимущество перед Марсом. Нет сомнений, что победитель новой лунной гонки, кем бы он ни был — государством или частной компанией, — станет лидером космонавтики на ближайшее будущее.