Как люди будут строить базы на Луне

Вода и гелий будут главными ресурсами Луны, когда люди наконец решаться создать на ней постоянные базы. Какие проблемы им предстоит преодолеть?

Сейчас по Луне разъезжает единственный аппарат землян. Он китайский. Как преобразится серебристый ландшафт, если начнется массовая экспансия, и будет ли заметна на спутнике Земли Россия?

Китайский аппарат Chang’e 4 впервые в истории совершил посадку на обратной стороне Луны 3 января 2019 года. Все предыдущие миссии, включая высадку астронавтов США, происходили на видимой с Земли стороне спутника. Задачи миссии — биологические эксперименты и изучение поверхности «соседки».

Первый успех китайцев, и сразу уникальное достижение — удалось вырастить побег хлопка. Естественно, семена проросли в специальном инкубаторе на борту посадочного модуля. Главной проблемой было не обеспечение семян необходимыми веществами для роста, а поддержание микроклимата: температура на Луне колеблется от —173оС до +100оС и более. Растение прожило несколько дней и погибло во время лунной ночи — поддерживать микроклимат при температуре ниже —170оС дольше 14 дней посадочный модуль не в состоянии. К тому же китайское новостное агентство сообщило, что ночь оказалась холоднее, чем ожидалось, хотя подробностей пока нет.

Выращивание растений на Луне открывает возможности для колонизации спутника Земли и других планет: они позволят решить вопросы как с обеспечением станции кислородом, так и продовольственные ограничения.
 

Самый привлекательный объект для долговременных поселений вне Земли — ее естественный спутник. В частности, Луна уникальна с точки зрения космической экспансии.

Это понимают все современные игроки космической отрасли, от вышеупомянутого Китая до Индии с ее проектом Chandrayaan-2 (запуск запланирован на апрель этого года), и до Израиля, чей космический стартап SpaceIL уже в феврале рассчитывает посадить на Луне свой аппарат, который выведет в космос ракета компании Space X.

Но Луна привлекательна не просто как полигон для отработки технологий — доступные ресурсы делают его плацдармом для покорения космоса. В первую очередь речь идет о воде, а в несколько более дальней перспективе о гелии-3 (один из изотопов гелия).

Гелий-3 — потенциальный крайне эффективный источник энергии будущего, когда человечество освоит управляемый термоядерный синтез. Тогда, согласно расчетам, это вещество добывать на лунной поверхности будет дешевле, чем на Земле (где его крайне мало), поэтому освоение этого ресурса может перевернуть не только космическую сферу, но и жизнь на нашей планете.

«Когда вы расщепляете молекулу воды, то получаете кислород и водород, критически важные как в вопросах дыхания, так и для производства ракетного топлива, — объясняет применение воды на спутнике Земли Майкл Постон из Юго-западного научно-исследовательского института (США). Вода на Луне сохраняется в виде льда, в основном в полярных шапках.

Когда вы расщепляете молекулу воды, то получаете кислород и водород, критически важные как в вопросах дыхания, так и для производства ракетного топлива.

Реголит — сыпучий поверхностный слой лунного грунта — также содержит в себе кислород, кремний, железо, алюминий, магний, которые могут быть выделены при помощи нагревания — для этого могут быть использованы концентраторы солнечного света в виде огромных зеркал или линз. Эта технология доказала свою эффективность в тестах на Земле, отмечает Nature.

Кроме того, запуски космических аппаратов с Луны энергоэффективнее и, следовательно, дешевле — гравитация спутника составляет лишь 17% от земной, кроме того, не придется преодолевать сопротивления воздуха из-за отсутствия атмосферы.
 

Сооружение даже относительно простой жилой конструкции на Луне, представляющей собой форпост человечества на спутнике, потребует максимума ресурсов и беспрецедентных мер. Проект строительства лунной базы сводится к ряду ключевых характеристик: место, безопасность, продовольствие.

• Место. Как отмечает ведущий научный журнал Nature, в выборе места существует два варианта: селиться на экваторе Луны или на ее полюсе. Каждый из вариантов предлагает свои уникальные возможности. С экватора легче запускать ракеты и поддерживать связь с Землей, но двухнедельные лунные ночи станут дополнительной нагрузкой на систему энергообеспечения колонии. Полюса, в свою очередь, могут предложить поселенцам близость к льду и, следовательно, воде, но налагают трудности при приеме и запуске аппаратов из-за худших условий освещенности. К тому же у колонии на полюсе могут быть проблемы со связью с Землей.
• Безопасность. Будущим жителям колонии придется не только добывать или привозить ресурсы, но и бороться с опасностями, которые не встречаются на Земле и низких орбитах. Например, отсутствие атмосферы и магнитного поля приводит к повышенному радиационному фону на поверхности спутника. Теоретически убежищу хорошо бы также обеспечивать защиту от астероидов. Поэтому для сооружения жилья предполагается использовать реголит — поверхностный слой лунного грунта — или оборудовать базу в лавовых трубках: полостях, оставшихся после извержения потоков лавы древними вулканами. Такие тоннели могут достигать нескольких километров длину и сотен метров в диаметре. Один из них был зафиксирован индийским аппаратом Chandrayaan в 2010 году: длина около 2 км, ширина — 360 м.
• Продовольствие и ресурсы. Как ожидали авторы статьи в Nature и подтвердили китайцы на «темной» стороне Луны, выращивать растения на спутнике Земли вполне реально. Помимо пищи, растения, для выращивания которых будет использоваться искусственный свет, будут также вырабатывать кислород для будущих колонистов.

В любом случае о полной самодостаточности колоний в ближайшие годы говорить не придется. Даже если лунная база сможет обеспечивать себя всем необходимым, зависимость колонии от метрополии (Земли) сохранится в вопросах притока новых колонистов и технологий.

Россия в космической отрасли сталкивается с вызовами как от США, так и со стороны растущих игроков в этой области — Китая, Индии, Японии или Израиля.

Тем не менее, идти «на Луну» в одиночку — задача крайне сложная и не под силу даже ведущим мировым державам. NASA намерена сотрудничать с «Роскосмосом» в построении окололунной станции. Этот проект вполне может заполнить вакуум космического сотрудничества, который может возникнуть в случае выхода США из проекта МКС. Предполагают, что уже в 20-х годах XXI века доставку космонавтов на Международную космическую станцию американцы смогут осуществлять самостоятельно — как минимум для этого есть проекты Crew Dragon Илона Маска и Starliner компании Boeing.

Но в рукаве у Роскосмоса есть еще несколько козырей, направленных как на изучение и освоение Луны, так и на более удаленные объекты Солнечной системы.

Как сообщает ТАСС, Россия также ведет разработку концепции лунного корабля «Союз», о котором, как сообщал глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин, попросило NASA в целях создания второй резервной космической транспортной системы для лунных миссий.

По данным РИА Новости, «Роскосмос» в начале февраля определил предпочтительный облик сверхтяжелой ракеты-носителя «Енисей» для полетов к спутнику Земли. Этот вариант предусматривает шесть боковыми блоков с двигателями РД-171МВ, а также центральный блок с двигателем РД-180.

«Обнаружение воды в замерзшем состоянии под лунным реголитом в приполюсных районах выводит изучение Луны на новый уровень», — прокомментировали Forbes перспективы освоения Луны в пресс-службе Роскосмоса.

Российская программа освоения спутника Земли включает ряд автономных миссий:

• «Луна-Глоб» («Луна-25»). Для отработки современных технологий мягкой посадки. Проект намечен на 2019 год.
• «Луна-Ресурс-1» (ОА), («Луна-26»). Орбитальный аппарат для глобального обзора и разведки лунных ресурсов, начало работы которого планируется на 2021−2022 годы.
• «Луна-Ресурс-1» (ПА), («Луна-27»). Крупноразмерный посадочный космический аппарат для изучения реголита на Южном полюсе спутника Земли. В Роскосмосе рассчитывают запустить проект в работу в 2022—2023 годах.

Как видно из этого перечня, Россия (даже в полностью «своих», не международных проектах) нацелена не просто на фундаментальное изучение Луны, но и на разведку ресурсов этого небесного тела.

В госкорпорации напомнили о совместном проекте с Европейским космическим агентством — «ЭкзоМарс-2016». В 2020 году планируется запуск второй части проекта «ЭкзоМарс-2020»: он включает доставку на Марс российской посадочной платформы с европейским марсоходом на борту. В «Роскосмосе» считают, что сотрудничество с ЕС, а также партнерство с США по лунным программам, позволит госкорпорации «не упустить момент» и включиться в сооружение лунной базы.

Кому принадлежат лунные ресурсы с точки зрения международного права? Согласно международному Договору о космосе 1967 года, ни одно государство не может утверждать суверенитет над небесными телами. Следовательно, статус принадлежности добытых на таких телах ресурсов пока неясен.

Некоторые страны, в частности, США и Люксембург, на законодательном уровне поддержали планы частных компаний по разработке ресурсов небесных тел. Россия и некоторые другие государства указывают на опасность такого подхода: они опасаются гонки за космические ресурсы с последующей милитаризацией космоса — процесса, который может свести не нет все устремления по созданию лунной, окололунной, или даже марсианской обитаемой базы.