Как будет выглядеть первый внеземной город
Вчера посадочный модуль китайского зонда "Чанъэ-5" успешно отделился от орбитального модуля и приступил к посадке на Луну. Он должен собрать и доставить на Землю образцы лунного грунта. Это очередной этап амбициозной программы, конечная цель которой — постоянная база на спутнике. "Роскосмос" и НАСА тоже планируют "лунные города". О том, каким будет первое человеческое поселение за пределами нашей планеты, повідомляє РИА Новости.
Уйти, чтобы вернуться
Последний раз люди высаживались на Луне 48 лет назад. Тогда, 14 декабря 1972 года, американский астронавт Юджин Сернан после прогулки по лунной поверхности сказал: "Мы уходим так же, как и пришли, и с божьей помощью вернемся".
В последние пару лет сразу несколько стран заявили о готовности возобновить лунные программы. Луна привлекает по нескольким причинам. Во-первых, как форпост для полетов на другие планеты Солнечной системы — стартовать с нее проще, чем с Земли.
Во-вторых, как источник полезных ископаемых — прежде всего гелия-3: его можно использовать для производства термоядерного топлива.
В-третьих, на обратной стороне Луны ученые планируют разместить защищенный от земных помех радиотелескоп. И с его помощью обнаружить космический микроволновый фон, по которому надеются восстановить события "темных веков" Вселенной — первых нескольких сотен миллионов лет после Большого взрыва.
Возможные площадки для размещения космологических телескопов в кратерах на обратной стороне Луны. Справа — шкала высот
И последнее, пожалуй, самое важное, — база на Луне должна стать опытным полигоном для испытания технологий переселения человечества на другие планеты.
Поэтому в ближайшие годы мы неизбежно станем свидетелями активного освоения спутника Земли. Но посылать туда каждый раз тяжелые ракеты слишком дорого. Сегодня ни одно космическое агентство не собирается финансировать отправки экипажей, как в программе "Аполлон". Все склоняются к созданию постоянных баз — сначала на орбите Луны, а затем и на ее поверхности. Но это непростая задача.
Зона повышенной конкуренции
Первая проблема связана с тем, что все участники "лунной гонки" нацелены на одни и те же локации и ресурсы. Из-за этого дискуссии пока ведут в основном не о научной, а о юридической и коммерческой сторонах вопроса.
Так, во всех лунных проектах место постоянной базы определено в районе Южного полюса Луны. Хотя чисто технически челночные полеты на орбитальную станцию и обратно проще производить из экваториальной зоны.
Но именно в южной полярной области сосредоточены так называемые холодные ловушки — постоянно затененные области, где есть лед, необходимый для получения воды. К тому же здесь никогда не бывает темноты, так что можно непрерывно подзаряжать солнечные батареи. На остальной поверхности Луны по две недели длится ночь.
Ледяные ловушки в кратерах в районе Южного полюса Луны. Четыре области, обведенные белыми кружками, — наиболее холодные места со средними годовыми температурами у поверхности минус 220-250 градусов Цельсия. Их диаметр составляет около 50 километров
Несмотря на Договор о принципах деятельности государств по исследованию космического пространства 1967 года, или, как его чаще называют, Договор о космосе, использование космических ресурсов международным правом не регламентировано.
Существует, правда, Соглашение о деятельности государств на Луне и других небесных телах, принятое резолюцией Генассамблеи ООН в декабре 1979 года, но его не ратифицировала ни одна страна с собственной лунной программой. Более того, 6 апреля 2020 года президент США Дональд Трамп подписал указ, одобряющий коммерческое освоение Соединенными Штатами ресурсов на Луне и планетах Солнечной системы. И это только усиливает напряженность.
Вода — "нефть космоса"
Место лунной базы зависит прежде всего от размещения потенциальных источников воды, которая необходима для всех операций по обеспечению жизнедеятельности человека на Луне — для общих нужд, питья и выращивания пищи, получения кислорода для дыхания и водорода для топлива ракет.
Долгое время Луну считали абсолютно безводной. Это мнение укрепилось после того, как ученые исследовали образцы, доставленные на Землю астронавтами миссии "Аполлон".
Но в 2018 году появились доказательства того, что на дне кратеров имеются значительные запасы водного льда. Это дало второе дыхание лунным программам.
Разработчики проектов поселений предполагают: на краю кратеров можно закрепить зеркала и направить в затененные участки солнечный свет. Нагретый лед превратится в пар, который пойдет по трубопроводу на электролизную установку, где его расщепят на водород и кислород. Еще один вариант добычи воды в кратерах — с помощью землеройного комбайна, оборудованного нагревательным аппаратом для выпаривания льда.
Схема добычи водяного льда в лунном кратере
По оценкам специалистов, в ловушках в районе Южного полюса — до десяти миллиардов тонн льда. Для сравнения: чтобы обеспечить водой и кислородом базу, где живет четыре человека, потребуется несколько десятков тонн воды в год.
Кроме крупных затененных участков, ученые выявили множество мелких холодных ловушек, до сантиметра в диаметре, большинство — в приполярных областях. Основываясь на данных, полученных с орбитального аппарата Lunar Reconnaissance Orbiter НАСА, исследователи подсчитали: суммарно до сорока тысяч квадратных километров лунной поверхности могут быть покрыты водяным льдом.
А совсем недавно инфракрасный телескоп стратосферной обсерватории SOFIA обнаружил и на освещенных участках признаки молекулярной воды. По мнению ученых, ее зафиксированная спектральная сигнатура указывает на наличие льда, заполняющего пустоты между зернами минералов в лунном грунте. Если открытие подтвердится, список мест для строительства базы существенно расширится.
Кислород из реголита
В состав лунного грунта — реголита — входит железо и другие элементы: кремний, алюминий, марганец и кальций. Все это, по мнению ученых, потенциально доступно для добычи, равно как и кислород, которого в реголите 43 процента. А соединив кислород с взятым из других источников или доставленным с Земли водородом, можно получить воду.
Состав лунного грунта
Однако для того, чтобы извлекать кислород из оксидов и силикатов требуется очень много энергии. Ученые предлагают использовать гигантские зеркала, фокусирующие солнечный свет на оболочке небольшого реактора. Чтобы лунная пыль разлагалась, температуру в нем нужно довести до 900 градусов Цельсия. Кроме того, для реакции отделения кислорода необходимы катализаторы — водород и углерод, заранее привезенные с Земли. И даже при всех этих условиях установке потребуются годы, чтобы наработать водное топливо для отправки всего лишь одного аппарата размером с "Аполлон" на лунную орбиту.
Несмотря на все сложности, Европейское космическое агентство (ESA) уже выделило средства на финансирование проекта добычи кислорода из реголита. Реализацией займется британская компания Metalysis. Специалисты компании вместе с учеными из Университета Глазго заявили, что в ходе эксперимента на Земле извлекли 96 процентов кислорода из искусственного лунного грунта, превратив остальное в полезные металлические порошки.
План лунной базы
Обустройство жизненной среды
У Луны в отличие от Земли нет атмосферы и магнитного поля, поэтому сооружения лунной базы должны защищать обитателей от космических лучей, солнечной радиации и потока метеоритов.
Первый вариант — засыпать возведенные укрытия многометровым слоем лунного грунта. Второй — разместить базу в скалах, каньоне или пещере. В качестве такого естественного укрытия ученые в свое время предложили лавовый туннель под холмами Мариуса в центральной части Океана Бурь. Стены же планируют возводить методом 3D-печати путем спекания частиц реголита.
Схема защитного укрытия на поверхности Луны
Недавно американские ученые из Аризонского университета опубликовали проект строительства лунной базы из блоков, получаемых при плавлении реголита с помощью фокусирующегося солнечного отражателя. Собранный авторами экспериментальный аппарат площадью десять квадратных метров за десять секунд прожег отверстие в стальной пластине толщиной шесть миллиметров.
Исследователи подсчитали: за три года с помощью такого устройства роботизированная линия произведет реголитовые блоки, которых хватит для возведения базы общей площадью две тысячи квадратных метров.
А позже отражатель они предлагают использовать для освещения жилых помещений и оранжереи, где можно высадить зелень, капусту и картошку. Как часть закрытой экосистемы растения будут перерабатывать органические отходы и превращать углекислый газ в кислород для дыхания.
Космонавты на Международной космической станции уже едят выращенную на борту методом гидропоники листовую зелень. По оценкам ученых, "космический" салат по качеству и набору полезных компонентов не уступает земному.
