Заселение луны. Колонизация луны в теории

Что такое колонизация Луны? Это постоянное проживание людей на Луне и создание на ней робототехнических предприятий. Тут надо сразу сказать, что о лунной колонии начали говорить задолго до начала космической эры. Ещё в 1638 году епископ Джон Уилкинс написал «Рассуждение о новом мире и другой планете». В этом труде он утверждал, что в далёком будущем на Луне обязательно появится человеческая колония. То же самое считал и Константин Циолковский (1857-1935). А с 50-х годов XX века учёные и инженеры начали разрабатывать концепции и конструкции, касающиеся проживания на спутнике Земли.

Космические аппараты СССР начали исследовать поверхность Луны в 1959 году. 13 сентября 1959 года советский аппарат «Луна-2» осуществил жёсткую посадку на лунную поверхность. Он стал первым искусственным объектом, оказавшимся на внеземном теле за всю историю человеческой цивилизации. В том же году «Луна-3» сделала снимки невидимой для человеческого глаза обратной стороны спутника. После этого началось десятилетие беспилотных лунных исследований.

Вслед за советской стартовала и американская программа освоения космоса. В 1961 году американцы взяли на себя обязательство к концу шестого десятилетия высадить человека на поверхности луны. 21 июля 1969 года американский корабль «Аполлон-11» приземлился на Луне с двумя астронавтами. Это были Нил Армстронг и Эдвин Олдрин. Второй ступил на лунную поверхность на 15 минут позже первого. Астронавты пробыли на Луне 2 часа 31 минуту 40 секунд. Установили флаг США, собрали 20 кг лунного грунта и расставили приборы.

После этого в течение нескольких лет США и СССР активно изучали лунную поверхность. Отправляли на неё космические аппараты, а в 1970 и 1973 году в рамках программы «Луноход» на Луне приземлились два робота-ровера. Первый из них «Луноход-1» исследовал лунную поверхность в течение 322 дней. А второй «Луноход-2» работал на спутнике Земли почти 4 месяца.

В 1972 году интерес к Луне у американцев упал. Были свёрнуты дальнейшие миссии, а космическая отрасль сосредоточилась на проектировании космического челнока. В 1974 году была остановлена и советская лунная программа, которая планировала строительство лунной базы «Звезда». В 80-е годы интерес к спутнику Земли сошёл на нет. Лишь отдельные энтузиасты продолжали заниматься вопросом колонизации Луны.

Всё изменилось к концу 90-х годов. В 1994 и 1998 годах состоялись две миссии НАСА на Луну, которые обнаружили на спутнике лунную воду (лунный лёд). А вскоре китайцы запустили свою космическую программу, предусматривающую миссии на земной спутник. В 2004 году американцы решили вернуть пилотируемые миссии на Луну к 2020 году.

Япония планирует высадить людей на спутник Земли к 2030 году. Китайцы хотят сделать то же самое к 2036 году. США собираются отправить людей на орбиту (без приземления) в 2021 году. Такой ажиотаж возник из-за того, что в 2010 году НАСА сообщила о больших ледяных отложениях на северном полюсе Луны. Там находится не менее 600 млн. тонн чистого водяного льда толщиной в несколько метров. Лёд – это вода, а вода – это жизнь, поэтому колонизация Луны больше не является мечтой. Люди собираются претворить её в реальность уже в ближайшее время.

Плюсы и минусы колонизации Луны

Размещение колонии на космическом объекте дело чрезвычайно сложное. Специалисты должны учесть огромное количество самых разных факторов. Наиболее важный из них – защита от космического излучения. Нельзя сбрасывать со счётов и силу притяжения, которая на планетах и спутниках кардинально отличается от земной. Так на Луне она равна 1/6 Земли. Скажется ли такое различие на здоровье человека, если он проживёт годы на лунной поверхности? Ответа на этот вопрос пока нет.

Но давайте рассмотрим плюсы колонизации Луны . Если разместить на ней колонию, то она может стать местом для запуска ракет с местным топливом. Запускать ракеты с Луны гораздо удобнее, чем с Земли из-за низкой гравитации и, следовательно, более низкой скорости вылета.

Луна находится рядом с Землёй, поэтому время транзита короткое. Это позволит быстро доставлять запасные части в колонию и позволит людям быстро переместиться на Землю, если возникнет чрезвычайная ситуация.

Живя на спутнике, можно проверить состояние здоровья людей, существующих в условиях низкой гравитации. Данные результаты будут использованы впоследствии при заселении более отдалённых космических тел.

Немаловажным положительным фактором является и быстрая связь с голубой планетой. Задержка связи в оба конца составляет менее 3-х секунд. Это даёт возможность вести обычный разговор и смотреть видео. А вот задержка связи с другими объектами Солнечной системы составляет минуты и часы. К примеру, связь Марса с Землёй колеблется в пределах от 8 до 40 минут.

Производственный и жизненный модуль на Луне, разделённый на уровни и отсеки

Большое значение имеет и психологический фактор. В небе Луны Земля выглядит большим шаром, который по яркости в 60 раз превышает яркость Луны, когда смотришь на неё с Земли. Это создаст у людей чувство уверенности. Они будут осознавать, что не брошены в космосе, так как их родная голубая планета находится совсем рядом.

А теперь давайте рассмотрим минусы колонизации Луны . Сразу надо отметить длинную лунную ночь. Она будет препятствовать использованию солнечной энергии. Не надо также забывать про экстремальные температуры от минус 178 градусов по Цельсию до плюс 127 градусов по Цельсию. В то же время на спутнике есть пики вечного света, находящиеся на лунном северном полюсе. Он постоянно купается в солнечном свете. Области вблизи полюсов светятся большую часть времени. Это потребует создания единой энергосистемы.

На Луне мало азота и водорода, также истощается углерод, образуя летучие оксиды. В то же время водород содержится в коре спутника. Летучие вещества, содержащие углерод и азот, находятся во льду. Нужно разрабатывать технологии по добыванию этих веществ или импортировать их из какого-либо стороннего источника для поддержания жизни и промышленных процессов. Переработка летучих веществ ограничит темпы роста колонии и поставит её в зависимость от импорта.

Людям, живущим на Луне, придётся защищать себя от космических лучей и протонного воздействия солнечного ветра. Жилые и промышленные помещения защитит лунный щебень, а вот работа вне помещений будет сопряжена с большим риском.

Модуль на поверхности, защищённый лунным реголитом

На спутнике Земли нет атмосферы, а поэтому нет никакой защиты от метеоритов. Даже мелкие камушки и пыль попадают на лунную поверхность. Они могут повредить недостаточно защищённые конструкции. Что касается лунной пыли, то она может оказаться токсичной.

Колонизация Луны предусматривает выращивание на ней собственных урожаев. Но здесь придётся столкнуться с длинной лунной ночью, которая длится 354 часа, экстремальными изменениями температур, солнечными вспышками, плохой почвой и отсутствием насекомых для опыления. Растения придётся выращивать в закрытых камерах с 354-часовым светом и 354-часовым тёмным циклом. То есть можно утверждать, что у лунного сельского хозяйства будет много проблем.

Среда обитания на Луне

Средняя температура на поверхности равна минус 5 градусам по Цельсию. Дневной период (около 354 часов) имеет среднюю температуру плюс 107 градусов по Цельсию. Ночной период (354 часа) характеризуется средней температурой минус 153 градуса по Цельсию. А вот под землёй температура держится на отметке минус 23 градуса по Цельсию.

С учётом всего этого возникает вопрос: где люди будут жить и работать на Луне ? Тут существует несколько вариантов. Имеют право на жизнь проекты по задействую лунных лавовых трубок. Любая такая неповреждённая трубка может стать надёжной защитой от окружающей среды, ведь она выдерживает испытания миллиардами лет.

Внутреннее устройство модуля, расположенного на поверхности Луны

Предлагается также построить подземную лунную колонию. Она будет полностью закрытой, за исключением нескольких выходов на поверхность. В идеале можно построить целый подземный город с искусственным солнечным светом и надёжной изоляцией от радиационного облучения. Такая колонизация Луны кажется наиболее перспективной.

Есть варианты о возведении на поверхности специальных модулей, покрытых лунным реголитом. Это уникальная смесь кремнезёма и железосодержащих соединений, которые можно слить при высокой температуре в стеклообразное твёрдое вещество. В результате получится лунное стекло. Из него можно изготавливать лунные кирпичи, а из них делать жёсткие конструкции и покрывать их металлом для удержания влаги. Базу на поверхности лучше всего строить в кратере, что обеспечит частичную защиту от солнечного излучения и микрометеоритов.

Важный вопрос – где брать энергию ? Для этой цели можно использовать ядерный реактор. Так ядреная эл. станция, вырабатывающая 40 квт, может обеспечить мощности, соответствующие 8 жилым домам на Земле. Термоэлектрические генераторы могут использоваться как аварийные и резервные.

Возможным энергетическим источником может стать Солнце. На Луне есть возможность добывать материалы, необходимые для производства солнечных панелей. В месте, где есть постоянный солнечный свет, можно возвести установку с солнечными батареями. Также есть идея размещать их на орбите, а энергию передавать на Луну посредством излучения в виде микроволн.

Так в идеале должна выглядеть колония на Луне

Чтобы колонизация Луны не давала сбои, она должна стремиться к самодостаточности. Именно на земном спутнике нужно добывать и перерабатывать необходимые для жизнедеятельности лунные породы. Оборудование, продукты питания, одежду и другие необходимые для жизни вещи тоже следует производить на Луне.

Но самое главное, спутник Земли в перспективе должен стать базой для межпланетных исследований. С него чрезвычайно удобно наблюдать за космосом и запускать звёздные корабли к планетам Солнечной системы. Вполне возможно, что именно на Луне будут созданы тренировочные и образовательные центры для астронавтов. Получив необходимые знания и навыки, те отправятся на Марс и к спутникам газовых гигантов. А дальше наступит черёд покорения бескрайних космических пространств и далёких галактик, которые сейчас мы видим с Земли лишь в виде крошечных туманностей .

Владислав Иванов

Луна является огромным булыжником диаметром около 3500 километров. Во время миссий «Аполлон» между 1969 и 1972 годами на поверхность луны ступали ноги 12 американских астронавтов. В рамках этих миссий на Землю было доставлено более 380 килограммов различных лунных образцов. Благодаря анализу этих образцов наука выяснила, что состав Луны похож на состав Земли. Помимо этого, на основе научных анализов лунной породы ученые смогли предположить возможную природу Луны. Согласно одной из самых популярных теорий, около 4,5 миллиардов лет назад в Землю по касательной врезалось космическое тело размером с Марс. Образовавшиеся осколки заполонили орбиту нашей планеты и сформировали ее естественный спутник.

К сожалению, после миссий «Аполлон» интерес к Луне резко сократился и исследованием этого космического тела не занимались вплоть до 90-х годов. Позже благодаря космическим аппаратам «Клементина» и «Lunar Prospector», которые обнаружили лед на Луне, было сделано предположение, что на Луне, как и на Земле, есть (или могла быть) вода. В 2000-х годах интерес к Луне возрос. Ею сразу заинтересовались в Европе, Японии, Китае и Индии.

В первую очередь исследователей интересовала тайная темная сторона спутника, которая всегда отвернута от нашей планеты. Однако от идеи отправки людей на Луну вскоре отказались. Вместо этого было предложено отправить роботов, чтобы те сделали основную работу и провели нужные исследования. В конце концов, несмотря на некоторые схожести, Земля и Луна — совершенно два разных мира. Вот почему ученые хотят, чтобы первым этапом колонизации спутника занимались именно роботы.

Роботы помогут

Итак, мы решили отправить человека на Луну. Последний раз человечество это сделало в 70-е, во времена печатных машинок и «Pong». Теперь мы живем в мире, где есть видеозвонки и поезда-маглевы. Неужели мы действительно не способны отправить человека на Луну? В чем проблема?

А проблема, точнее проблемы, в следующем. На Луне нет воздуха. Очень низкая гравитация. Почти нет никакой атмосферы. за день там может опускаться от +123 градусов Цельсия до -198 градусов Цельсия. Каждодневно на Луну падают микрометеориты. А так как там нет атмосферы, радиация будут проходить сквозь человека, как нож через масло. В конце концов, на Земле сейчас такая обстановка, что политические и финансовые проблемы могут рано или поздно угрожать даже отправке человека на орбиту планеты, не говоря уже о Луне.

К тому же проблему реголита никто не отменял. Никогда не слышали о реголите? Это такая пыль, которая составляет 65-километровую корку лунной поверхности, покрытую другими породами и камнями. Она очень опасна не только для техники, но и для человека.

В конечном итоге задача по поселению человека на Луне потребует строительства инфраструктуры. На это уйдет очень много времени, проекты будут постоянно откладываться, а многие обещания не сдерживаться. Когда пытаешься что-то построить на гигантском пустынном камне, расположенном в 387 000 километрах от дома, то бюрократические проволочки выходят на совершенно новый и беспрецедентный уровень. Короче, проблем очень много. Поэтому проще отправить на Луну роботов.

На Луну роботов уже отправляли. Первыми это сделал Советский Союз в 1970-м. Однако многим понятно, что Луна является наиболее достижимой целью именно по части человеческих космических исследований, поэтому дебаты о том, что почему бы миру не возобновить туда пилотируемые полеты, вместо того чтобы отправлять роботов, не утихают ни на день.

«Споры о том, кого лучше отправить на Луну — человека или робота — нередко бывают очень эмоциональными», — пишет сайт MoonZoo.org.

«С миниатюризацией электроники отправка роботизированных зондов будет всегда дешевле и безопаснее, чем отправка пилотируемого космического корабля. Однако многие люди считают, что весь смысл космических программ как раз и заключается в участии человека».

Ровер Юйту исследует лунную поверхность

Тем не менее космические агентства по всему миру продолжают игнорировать или откладывать возможность человеческих миссий на Луну и выбирают в таком случае роботов. Китай, например, в 2013 году отправил на спутник луноход Юйту. Ровер собрал множество новой и полезной информации, включая сведения, которые указывают на то, что лунные вулканы за последние 3 миллиарда лет на самом деле были более активны, чем считалось до этого момента.

В 2010 году Япония объявила о том, что собирается к 2020 году построить роботизированную лунную базу. Для этих целей было выделено 2 миллиарда долларов. Прогресс, правда, в этом деле совсем не виден. А совсем недавно представители японского космического агентства JAXA вообще заявили, что у них «к настоящему моменту нет планов по отправки роботов для исследования Луны», однако агентство хочет отправить к Луне к 2020 году космический зонд.

Благодаря уже находящимся там роботам мы получили полезные сведения о «взаимоотношениях» Земли и Луны. Однако прогресс движется не так быстро, как того бы хотелось. Лунные миссии стали неинтересны еще и по той причине, что у космических агентств появились более амбициозные и в то же время более романтические планы — планы в отношении Марса.

И все же если мы все-таки соберемся на Луну, то как гарантировать успешность запланированных миссий и колонизации? Рассуждая здраво, что нам для этого потребуется?

Что нам потребуется для начала жизни на Луне?

Как отправить человека на Луну? Как добиться возможности там остаться? Для этого нужна всего одна ключевая вещь. Та же самая вещь, которая необходима нам для выживания на Земле. Ответ вас вряд ли удивит. На Луне, как и на Земле, нам нужен самый важный «эликсир жизни» — вода.

По крайней мере так считает доктор Пол Спудис из Института планетарных наук и луноведения в Хьюстоне. Этот человек является одним из самых больших сторонников идеи колонизации Луны, в свое время являлся главой проекта космической миссии аппарата «Клементина» в NASA, а также советником индийского космического агентства в проекте радиолокационного картографирования лунной поверхности.

Спудис верит, что под поверхностью спутника могут быть скрыты миллиарды метрических тонн воды. И эта вода там так же важна, как и на Земле.

«Ее можно пить, использовать в качестве щита от космической радиции, использовать в пище и санитарных целях, а также производить из нее кислород для дыхания», — говорит ученый.

«Вода — это самая полезная субстанция в космосе. В чем же проблема? Проблема — в поиске наиболее подходящего способа ее найти и добыть на Луне», — продолжает Спудис.

Для того чтобы это сделать, нам (для начала роботам) необходимо провести множество лунных экспериментов. Выяснить, например, какова природа лунных полюсов. Узнать, где хранится эта вода. Ответить на эти вопросы мы можем с помощью роботов: пары наземных роверов, как тот же «Кьюриосити» на Марсе, вполне будет достаточно для этого. Роботизированные луноходы смогут проводить замеры температур, горных хребтов, провести анализ свойств поверхности, а также произвести замеры находящихся на Луне объемов льда. Как только мы сможем получить источник воды на Луне, прогресс в ее освоении пойдет гораздо быстрее.

Для выживания нам, конечно же, необходимы вода и кислород. И главная задача для ученых — где ее найти и как добывать на Луне. Помните, выше мы говорили о реголите? Он содержит 42 процента кислорода. Если мы сможем добывать из реголита кислород и соединять его с водородом, то до доступа к воде будет всего один шаг. Кроме того, добываемый кислород можно будет использовать для дыхания. А еще — использовать его в ракетном топливе. Задача, правда, сложнее: в этом случае нагревать реголит придется до 900 градусов Цельсия.

Если не брать в расчет вопросы воздуха и воды, то некоторые верят, что мы можем заселить Луну так же, как это однажды сделали наши древние предки на Земле. Как и на Земле, на Луне имеется множество пещер. Можно ли их использовать для жизни? NASA, например, рассматривает возможность заселения лунных пещер, считая их отличной защитой от радиации и метеоритных угроз.

Зачем нам вообще эта Луна?

Учитывая земные проблемы — все эти угрозы глобального потепления, нарастания социального неравенства, политических конфликтов и войн, голода, болезней, террористов и много чего еще, — зачем нам тратить время на попытки заселения космоса? И почему именно Луны? Иногда кажется, что этот выбор настолько неочевиден и что для цели лучше выбирать тот же Марс (и его собственные луны).

Колонизация Марса действительно кажется более логичной, так как эта планета больше похожа на Землю, чем Луна. Однако Луна предлагает нам несколько преимуществ. Самое очевидное из них — расстояние. Если в лунной колонии случится какая-нибудь серьезная катастрофа, то помощь будет находиться «всего» в 387 000 километрах. Что касается Марса, то лететь только в одну сторону придется около 7 месяцев.

Пока многие обращают свой взор в сторону Марса (и дальше), нам бы следовало перевести свой взгляд на космические тела, расположенные поближе к нам. Отправить на Луну несколько луноходов с конкретными задачами по поиску воды и в конечном итоге возобновить туда пилотируемые полеты. И даже если жить там мы не сможем — Марс в этом плане кажется более подходящим местом, — мы по крайней мере можем построить там лунную базу и использовать ее в качестве «перевалочного» научно-исследовательского центра при будущих полетах в дальний космос.

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

В закладки

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

Макет межпланетной станции «Луна-24»

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.

Китайский посадочный модуль «Чанъэ-3»

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.

Космический корабль «Союз»

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.

Ракета-носитель «Ангара-А5»

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.

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 , 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 ºC до +120 ºC, 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 ºC 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.

Самые холодные места на Земле и рядом не стоят близко к температуре лунной ночи - и создать базу, которая будет способна оградить поселенцев от такой температуры, очень нелегко. В течение многих десятилетий мысли о колонизации Луны волновали ученых и дальновидных людей. На экранах телевизоров и мониторов появлялись самые разные концепции лунных колоний.

Возможно, лунная колония будет следующим логичным шагом для человечества. Это наш ближайший сосед по звездам, который находится в каких-то 383 000 километрах от нас, что упрощает поддержку ресурсами. Кроме того, на Луне в избытке гелия-3, идеального топлива для термоядерных реакторов, которого на Земле очень мало.

Маршрут для постоянной лунной колонии теоретически набрасывали разные космические программы. Китай выразил заинтересованность в размещении базы на обратной стороне Луны. В октябре 2015 года стало известно, что Европейское космическое агентство и Роскосмос планируют ряд миссий к Луне, чтобы оценить возможности для размещения постоянных поселений.

Тем не менее у нашего спутника есть ряд проблем. Один оборот Луна совершает за 28 земных дней, а лунная ночь длится 354 часа - больше 14 земных дней. Длинный ночной цикл означает существенный спад температур. Температура на экваторе варьируется от 116 градусов по Цельсию днем до -173 градусов ночью.

Лунная ночь будет короче, если разместить базу на Северном или Южном полюсе. «Есть много причин строить такую базу на полюсах, но необходимо учитывать и другие факторы, помимо часов солнечного света», говорит Эдмонд Троллоп, инженер по космическим операциям в Telespazio VEGA Deutschland. Как и на Земле, на полюсах может быть очень холодно.

На лунных полюсах Солнце будет перемещаться вдоль горизонта, а не по небу, поэтому придется выстраивать боковые панели (в форме стен), что усложнит строительство. Большая плоская база на экваторе собирала бы много тепла, но чтобы добраться до тепла на полюсе, придется строить вверх, а это непросто. «При разумно выбранном месте, разницу температур можно будет с легкостью контролировать», говорит Волкер Майвальд, ученый Немецкого аэрокосмического центра DLR.

Широкая вариативность температур в цикле дня и ночи означает, что придется обеспечивать лунные базы не только достаточной изоляцией от леденящего холода и жгучей жары, но и справляться с термическими напряжениями и тепловым расширением.

Тепловая защита
Первые роботизированные миссии на Луну, вроде советских миссий «Луна», были спроектированы прожить один лунный день (две земных недели). Посадочные модули миссий NASA Surveyor могли возобновить работу на следующий лунный день. Но урон, нанесенный компонентам во время ночи, зачастую не позволял получить научные данные.

Луноходы советской космической программы с одноименным названием, которая проводилась в конце 60–70-х годов, включала элементы радиоактивного нагрева с хитроумной системой вентиляции, что позволило аппаратам прожить до 11 месяцев. Луноходы впадали в спячку ночью и запускались с солнцем, когда становилась доступна солнечная энергия.

Один из вариантов избежать высоких тепловых колебаний - закопать здание в лунный реголит. Этот порошкообразный материал, который покрывает поверхность Луны, имеет низкую теплопроводность и высокую устойчивость к солнечной радиации. Это значит, что он обладает сильными теплоизолирующими качествами, и чем глубже колония, тем выше тепловая защита. Кроме того, поскольку база будет нагреваться, а тепло на Луне передается плохо из-за отсутствия атмосферы, это снизит дальнейшее термическое напряжение.

Тем не менее, хотя идея «закопать» колонию, в принципе, была принята успешно, на практике это будет невероятно сложной задачей. «Я пока не видел проекта, который мог бы с этим совладать, - говорит Волкер. - Предполагают, это будут роботизированные строительные машины, которыми можно будет управлять удаленно».

Врезать или накрыть?
Другой метод, с помощью которого можно было достичь нужного результата, лежит в самой земле. Пенетраторы, способные пробить поверхность в процессе удара, уже предлагались (но в меньших масштабах) для нескольких лунных миссий, вроде японской Lunar-A и британского MoonLite (в настоящее время проект отложен, хотя идея посадки с проникновением была настолько убедительной, что ЕКА решило использовать ее для механизма быстрой доставки образцов для анализа с поверхности и подповерхности планеты или луны). Преимущество этой концепции в том, что база зарывается при столкновении, а значит подвергнется относительно умеренным термическим условиям прежде, чем будет защищена.

Тем не менее останется проблема с обеспечением энергией, поскольку типичный проект с проникновением предлагает лишь очень ограниченные возможности по использованию солнечной энергии. Есть также проблемы нагрузок высокого ускорения при столкновении и высокой точности, необходимая для наведения. «Силу столкновения, необходимую для зарывания структуры, будет очень трудно согласовать с необходимыми функциями пилотируемой базы», говорит Троллоп.

Альтернативой такому решению будет насыпать лунный реголит сверху на колонию, возможно, используя машины типа гидравлических экскаваторов. Но чтобы сделать это эффективно, придется работать быстро.

Если лунный реголит не получится насыпать на колонию, тогда над ней можно развернуть «шляпу» многослойной изоляции (MLI), которая предотвратит рассеивание тепла. Теплоизоляционные материалы MLI широко используются на космических аппаратах, защищая их от холода космоса.

Преимущество такого метода в том, что он позволяет использовать массивы солнечных батарей для сбора и хранения энергии в течение двухнедельного лунного дня. Но если будет собрано недостаточно энергии, придется учитывать и альтернативные методы генерации энергии.

Термоэлектрические генераторы могли бы обеспечивать колонию энергией в течение ночного цикла: при своей низкой эффективности они, впрочем, не имеют проблем с обслуживанием, поскольку не имеют движущихся частей. Радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ) предлагают большую эффективность и имеют очень компактный источник топлива. Но базу придется экранировать от радиации, при этом позволив ей передавать тепло. Логистика установки генератора со съемным радиоактивным изотопом кишит проблемами: риски будут на всем пути, от взлета с Земли до посадки на Луну, наряду с проблемами политики и безопасности.

Можно было бы использовать и реакторы ядерного деления, но с ними будет еще больше проблем, включая перечисленные выше.

А если будут разработаны термоядерные реакторы, их тоже можно будет использовать на Луне, учитывая избыток гелия-3. Также могут пригодиться батареи - вроде литий-ионных - при условии достаточной генерации солнечной энергии за две недели ночного цикла.

Есть идея обеспечить энергией станцию на поверхности во время ночного цикла с помощью орбитального спутника, который будет передавать энергию через микроволны или лазер. Исследование этой идеи проводилось 10 лет назад. В ходе исследования выяснилось, что для большой лунной базы, требующей сотни киловатт энергии, поставляемой с орбиты 50-киловаттным лазером, ректенна (тип антенны, которая конвертирует электромагнитную энергию в прямой электрический ток) будет 400 метров в диаметре, а на спутнике - 5 квадратных километров солнечных батарей. На Международной космической станции порядка 3,3 кв. км солнечных панелей.

Несмотря на значительные трудности в строительстве колонии, которая должна будет противостоять суровому ночному лунному циклу, они не являются непреодолимыми. При соответствующей тепловой защите и соответствующей системе выработки энергии во время длинной двухнедельной ночи, мы можем получить лунную колонию уже в ближайшие двадцать лет. И тогда сможем обратить свой взор подальше.