Луна: дубль второй

Юрий Свидиненко

Хакер, номер #098, стр. 054

(metamorph@yandex.ru)

О том, как человечество будет возвращаться на Луну

Были ли американцы на Луне или нет – это науке неизвестно. Но то, что они собираются туда снова, – неоспоримый факт, ибо как еще объяснить раздувание бюджета NASA и заявления Джорджа Буша? В этой статье ты узнаешь о том, как именно и зачем человечество собирается покорять Луну во второй раз.

Ticket to the Moon

Итак, занимай место возле иллюминатора и пристегивайся покрепче: тебе повезло - у тебя на руках билет на Луну на 2020 год. Именно тогда намечается ввод в действие первой рабочей лунной базы человечества.

Нужно это титаническое по затратам и сложности предприятие для того, чтобы подготовить людей к жизни на небесных поверхностях и отработать технологии самообеспечения для того, чтобы в будущем покорять Марс и другие небесные тела. Однако лунная экспансия преследует и корыстные цели, о которых я расскажу ниже.

Пока еще неизвестно, будет ли лунная база международной или же все финансовые и технические тяготы понесет агентство NASA. Но уже все космические державы в курсе того, что проект запущен в полную силу и из карманов американских налогоплательщиков вытащена энная сумма денег не только на возвращение на Луну, но и на постоянное пребывание команды астронавтов на ней в качестве первых внепланетных жителей.

Рабочая лошадка «CEV Orion»

После аварии миссии «Аполло-13» многие задумались о том, как повысить безопасность лунных перевозок. Но тогда, помимо косметических доработок кораблей «Apollo» и «LEM», ничего революционно нового агентство NASA не предложило.

Через некоторое время о полетах на Луну забыли, и вот, в конце девяностых, когда снова встал вопрос о возвращении на наш спутник, инженеры задумались о детальном пересмотре конструкции той «рабочей лошадки», которая будет перевозить астронавтов к месту назначения. Так появился проект «Crew Exploration Vehicle» (CEV)(«Пилотируемого исследовательского корабля»). Что интересно, CEV будет не только работать на Луне, но и осуществлять постоянные полеты к МКС, заменив уже технически и морально устаревшие шаттлы.

Естественно, для доставки CEV на земную орбиту по-прежнему нужна ракета-носитель. Инженеры NASA предлагают использовать для этого стандартный прием: один твердотопливный ускоритель от шаттла (первая ступень) и жидкостная вторая ступень с двигателем опять-таки от современного челнока. Грузоподъемность этого носителя – 25 тонн на низкую орбиту.

Коническая форма капсулы CEV продиктована соображениями аэродинамической устойчивости и прочности при возвращении в атмосферу на высокой скорости. Это самое простое и оптимальное для данной задачи решение. Сама же капсула CEV, по замыслу агентства, должна быть рассчитана на 10 полетов. Ее нужно будет лишь каждый раз оснащать новым тепловым щитом и стыковать с новым сервисным модулем.

При проектировании корабля CEV ракетчики NASA решили не изобретать велосипед и оставить архитектуру кораблей «Apollo»: цилиндрический «технический» отсек (он зовется «сервисным модулем») и коническая возвращаемая капсула с экипажем. Также предусмотрена система аварийного катапультирования экипажа при возникновении аварий на старте (САС). Это маленькая ракета, закрепленная на вершине капсулы, которая сможет отвести корабль с экипажем от носителя в случае самого страшного вида аварий - пусковой аварии – на любом этапе выведения, начиная со стартового стола. Самое интересное, что впервые работоспособные САС появились в СССР. А их первое активное внештатное спасение было произведено при пуске корабля «Океан» с Титовым на борту.

Так как CEV будет принимать на борт больше космонавтов, чем «Apollo», то, естественно, его размеры значительно превышают габариты старых кораблей: внешний диаметр составляет 5,5 метров, а жилой объем по сравнению с «Apollo» вырос в 2,5 раза. При полетах на МКС команда CEV состоит из шести человек, а на Луну отправляются 4 астронавта.

В 70-х к Луне в одном рейсе летели трое. Один оставался на окололунной орбите, а двое – выполняли посадку в так называемой «лунной кабине». Теперь же все 4 астронавта переходят в лунный модуль, а автоматический CEV остается на лунной орбите.

Не стоит говорить о том, что вся «начинка» корабля будет выполнена по последнему слову техники 2015-2020 годов. Двигатели корабля и подъемные двигатели лунного модуля будут работать на жидком метане. Для ракетостроения это пока экзотическое топливо.

Одна из особенностей корабля заключается в том, что он сможет прилуниться практически в любом месте Селены и развернуть там прицепленный к нему лунный модуль. NASA пишет, что хочет посылать по две экспедиции на Луну каждый год, что должно ускорить создание там постоянной базы.

Разработку и постройку прототипа возложили на компанию Lockheed Martin Corp, которая в представлении не нуждается. Интересно, что конкурентом Lockheed Martin была неслабая компания Northrop Grumman, но из-за каких-то соображений NASA передала дела по CEV Orion авиамагнату.

Жизнь на Луне

Итак, знаменательное решение было принято на 2-й Конференции по исследованию космоса (2nd Space Exploration Conference) в конце 2006 года.

Глобальная исследовательская стратегия (Global Exploration Strategy) предусматривает ряд тестовых полетов к Луне, затем высадку в 2020 году четверки астронавтов на ее поверхность. И уже через 4 года там же будет возведена постоянно действующая база.

Это новая официальная стратегия NASA, которую президент Буш охарактеризовал кратко и емко: «Мы возвращаемся на Луну».

Не думай, что теперь NASA будет лихорадочно думать, как же это все организовать и какие виды систем жизнеобеспечения и связи будут у колонистов. Наступление на Луну было детально спланировано еще в 2002-2003 годах, но предшествующий директор NASA не был сторонником пилотируемых экспедиций, поэтому финансировались только планы лунной миссии. Теперь же на возвращение к Селене NASA получит около 0,6% американского бюджета. И поэтому то, что было обнародовано на конференции, явилось логическим завершением «возвратно-лунного» процесса, начатого еще в девяностых годах прошлого века.

Кроме NASA, в планировании лунного обиталища принимают участие 13 аэрокосмических агентств и несколько коммерческих и негосударственных организаций. Россия же, по словам пресс-секретаря «Роскосмоса» Игоря Панарина, с удовольствием примет участие в программе США по освоению Луны, если американцы возьмут на себя все проблемы с финансированием.

Новая глобальная исследовательская стратегия должна осветить сразу 2 вопроса: почему надо возвращаться на Луну и что мы планируем там делать. Основа стратегии – так называемая «лунная архитектура». Как ты догадываешься, это все, что связано со строительством зданий для людей и техники.

Группа лунной архитектуры (Lunar Architecture Team), работающая при NASA с мая, пришла к выводу, что лучшим вариантом будет база, построенная в районе одного из полюсов и снабжаемая энергией от солнечных батарей. Однако сейчас специалисты NASA не знают точно, какой из полюсов окажется удобнее. Скорее всего, для строительства базы будет оптимальным южный полюс, где находится кратер Шеклтона, который почти все время освещен солнцем, — только такое место можно назвать идеальным для постоянного получения энергии, необходимой будущей станции. Но окончательный выбор места можно будет сделать после запуска аппарата «Lunar Reconnaissance Orbiter», запланированного на октябрь 2008 года.

Грузы на базу и обратно можно будет доставлять с помощью того же самого комплекса – один рейс каждые 6 месяцев. CEV можно будет использовать в качестве беспилотного грузовика. И тогда же время пребывания каждого конкретного экипажа на Луне может быть расширено до шести месяцев.

Цель серии первых экспедиций на Луну – научиться жить там с частичным использованием местных сырьевых и энергетических ресурсов для выработки ракетного топлива и кислорода для дыхания. Плюс, конечно, новые научные исследования.

По поводу конкретных планов относительно самого лунного «жилища» ничего не сказано, но некоторые требования к нему NASA уже сформулировало: место нахождения астронавтов должно быть энергетически автономным, мобильным (это мы уже знаем), с замкнутым циклом жизнеобеспечения. Оно, конечно, должно быть и безопасным, но в свете последних исследований метеоритных атак этот вопрос кажется особенно сложным.

Ядром лунной станции сначала будет спускаемый аппарат, доставленный на Селену кораблем CEV. После того как астронавты обживут место посадки, NASA планирует доставить несколько жилых модулей, стыкующихся между собой. Тогда же будут проведены работы по развертыванию системы энергоснабжения базы от солнечных батарей, построению системы утилизации отходов и начало научно-исследовательских работ.

Одним из первых научно-исследовательских инструментов будет телескоп, так как благодаря отсутствию у Луны атмосферы искажений при наблюдениях меньше. Да и обслуживать телескоп, находящийся все время «под рукой», проще, чем знаменитый «Hubble».

Одной из основных задач лунной базы будет добыча грунта, причем не только для того чтобы обеспечить астронавтов кислородом и водой. В теории «лунатики» должны собирать гелий-3 – топливо, необходимое для земной энергетики.

Если посмотреть лет на 10 вперед, то мы увидим первый работающий термояд – ИТЭР (строящийся уже сегодня), который будет первой ласточкой термоядов нового поколения. А после ИТЭР можно говорить о создании более мощных и экологически чистых термоядов, использующих в качестве топлива тот самый гелий-3. Что будет с нефтью через 20 лет, ты знаешь сам, поэтому уже сегодня все страны ищут «топливную альтернативу», и всего 100 тонн гелия-3 смогут обеспечить целый год (!) мирового потребления энергии. Это количество соответствует трем-четырем рейсам шаттлов. Представляешь? 3-4 ходки – и Земля экологически чисто гудит целый год! Что может быть проще и доступнее?

Однако для этого надо перекопать около миллиарда тонн лунного грунта. Для Земли это не такое большое количество по меркам горной промышленности. Одного угля за год в мире добывают 2 миллиарда тонн (в России - около 300 миллионов тонн).

Но представь, как организовать похожую добычу на Луне, до которой только долететь - известный геморрой?

Для получения самого гелия-3 из породы реголита, нагретого до нескольких сотен градусов при помощи зеркала-концентратора солнечных лучей, нужно еще отделить собственно гелий-3 от гораздо большего количества других газов, в основном от гелия-4. Это делают, охлаждая газы до жидкого состояния и пользуясь незначительной разницей температур кипения изотопов (4,22 К для гелия-4 или 3,19 К для гелия-3).

Но все это понятно в земных условиях, а как это сделать на Луне? А на Луне заниматься всем этим придется в безвоздушном пространстве. Причем для таких объемов добычи на Луну придется переселять не 7 астронавтов, а целый шахтерский поселок, что будет возможно явно не сразу. Хотя одна из неафишируемых целей лунной миссии – именно разведка: насколько реальна массовая добыча лунного топлива в подобных условиях.

Но вот если удастся наладить добычу гелия-3, то одна тонна будет стоить как минимум миллиард долларов. А если пересчитать энергетический потенциал гелия в нефтяной эквивалент, то «лунная нефть» обойдется человечеству по бросовой цене 7 долларов за баррель.

Так как астронавтов на базе будет явно недостаточно для решения поставленных задач, для того чтобы развязать им руки, NASA разрабатывает широкий класс роботов, которые будут помогать в рутинных задачах – в добыче грунта, обслуживании систем базы и проведении научно-исследовательских экспериментов.

Серьезное строительство на Луне начнется, разумеется, не скоро, но NASA уже имеет приблизительное видение этого проекта. Сам процесс строительства будет постепенным, и сначала им займутся команды астронавтов из четырех человек, отправляемых на Луну на недельные «вахты».

Первая «вахта» прибудет на Луну в 2020 году, а после этого начнутся 180-дневные миссии уже по подготовке к полетам на Марс.

Перед началом строительства намечено несколько предварительных роботизированных миссий, которые в дальнейшем помогут работе астронавтов. Машины проведут разведку местности, выполнят анализ природных ресурсов и сведут к минимуму риск при посадке кораблей с астронавтами. Построить свои базы на Луне хотят многие страны, например Япония.

Хьюстон, у нас проблема

Со времен первых космических полетов у пилотов возникают разные проблемы. И хорошо, если все заканчивается благополучно, но зачастую аварии приводят к гибели людей и превращению дорогостоящих машин в груду металлолома. Естественно, полеты и дальнейшая жизнь на Луне – занятия крайне опасные ввиду того, что неизвестно, какие неприятности могут при этом возникнуть. Вдруг произойдет внезапная разгерметизация? Куда девать космонавтов? Не лететь же в CEV на Землю? А вдруг это и невозможно будет сделать за несколько часов?

Коротко говоря, NASA собирается решать подобные проблемы по мере их возникновения. Но от некоторых «лунных неприятностей» можно застраховаться уже сегодня. Например, одну из таких проблем – проблему пыли - на Луне и на Марсе нужно решить прежде, чем посылать туда экспедиции. Опыт у человечества уже есть - 30 лет назад с ней столкнулись астронавты миссий «Apollo».

Абразивная и тонкая пыль загрязняет оптику приборов, повреждает сочленения скафандров (вплоть до небольших утечек воздуха) и даже вызывает проблемы со здоровьем, так как неизбежно попадает в корабль и, в конечном счете, в легкие путешественников. Кроме этого, она загрязняет белые покрытия приборов, вызывая их перегрев.

Самое страшное то, что под действием солнечного ультрафиолета пыль получает электрический заряд и долго парит в воздухе, цепляясь к противоположно заряженным объектам – лунному модулю и астронавтам. Ночью же лунная пыль на обширных серых просторах приобретает отрицательный заряд, поскольку бомбардируется свободными электронами из состава солнечного ветра. Эта самая электростатика приводит не только к налипанию пыли на скафандры и оборудование. Электрический заряд накапливается луноходами и людьми, которые ходят по лунной поверхности, так как лунный грунт - реголит - не проводит электричество. И если после рабочего дня получивший электрический заряд космонавт подойдет к кораблю и прикоснется к его поверхности, то между пальцем и обшивкой проскочит маленькая искра, которая может стать смертельной – вспомни, как в 30-х годах прошлого века загорелся и погиб дирижабль Гинденбург. Но, естественно, при должном экранировании и защите взрыва не произойдет. Но электростатика запросто может вывести из строя ту или иную электронику на борту.

Один из способов борьбы с пылью – нагреть лунный грунт до образования твердой корки, и тогда на такой «стеклянной» поверхности астронавты смогут обосноваться без боязни нахвататься пыли. Дело в том, что в реголите содержится много железных наносфер, которые при воздействии на них микроволнового излучения прекрасно плавятся, образуя твердую поверхность.

Поэтому многие ученые предлагают снабдить излучателями-магнетронами лунную тележку и прокатить ее, как каток, по лунной поверхности. Она будет плавить и разглаживать верхний слой реголита, создавая плотные дорожки и площадки без пыли. А целая армия таких машин могла бы расплавить и превратить в гладкую вогнутую поверхность какой-нибудь кратер. Поставив в центр мачту с приемником, мы получим радиотелескоп.

С электростатикой же бороться труднее. На Земле инженеры просто сделали бы заземление. Но на Марсе и Луне, где напрочь отсутствует влага, это не прокатит. На Луне придется закапывать в грунт большие листы алюминия или длинные петли алюминиевых проводов, которые и будут собирать лишний заряд. На Марсе же можно поступить проще, сбрасывая электростатику в атмосферу с помощью игл. На марсоходах уже ставят иглы, столь тонкие (0,02 миллиметра), что электричество сбегает по ним в марсианский воздух (громоотвод наоборот).

Но эффективнее был бы другой прибор - крошечный радиоактивный источник, типа используемого в датчике дыма, который можно прикрепить к каждому скафандру и к базе. Альфа-частицы низкой энергии улетали бы в разреженную атмосферу, ионизируя ее молекулы. Таким образом атмосфера непосредственно вокруг места деятельности людей стала бы электропроводной и нейтрализовывала бы лишний заряд – так предлагает поступить физик Джефри Лэндис из NASA.

Ученые надеются, что, научившись справляться с лунной пылью и ее вредным влиянием, человечество сможет увереннее посмотреть в сторону Марса. Там существует аналогичная проблема, хотя состав пыли на Марсе и ее свойства несколько отличаются от лунных.

Впереди Марс!

Итак, подготовив лунный плацдарм, NASA начинает ориентироваться на работу с Марсом. При тщательной подготовке лунной миссии между высадкой на Луне и высадкой на Марсе может пройти от пяти до десяти лет. Оптимисты предлагают, что обе миссии будут осуществляться одновременно.

По мнению ученых MIT, для миссии на Марс оптимальным вариантом будет отправка CEV на орбиту вокруг Марса, где его должен ждать пустой меньший по размерам посадочный аппарат, прилетевший туда заранее. После стыковки астронавты перейдут в посадочный модуль и спустятся в нем на поверхность планеты. Возвращаясь обратно, они также поднимутся на марсианскую орбиту, состыкуются с CEV, перейдут в него и уже на нем прибудут на Землю.

Эта схема немного напоминает схему миссии «Apollo», но тогда весь набор модулей стартовал вместе. При нынешнем варианте не потребуется вновь создавать столь большие носители, каким был «Saturn-5».

Не обойтись и без экзотики: есть проекты, рассчитанные на быстрые перелеты к Марсу. Так, используя двигатель на антиматерии, легкий пилотируемый корабль мог бы достичь Марса за 45-90 дней вместо полугода на CEV.

Как бы там ни было, отправляться с «серьезными намерениями» к Марсу, не «потренировавшись» на Луне, было бы слишком необдуманно, поэтому лунная миссия 2020-2030 годов станет именно такой тренировкой для человечества, своеобразной проверкой на прочность наших космических технологий. А вдруг эта проверка покажет, что в космос нам еще рановато?

«Охотник за мечтой»

Одна частная компания из США хочет построить корабль, который NASA проектировало два десятилетия назад как альтернативу шаттлу. Потратив 2 миллиарда долларов, агентство отказалось от этой концепции челнока. А частники собираются возить на этом корабле туристов и астронавтов на орбиту и МКС.

Детище SpaceDev - корабль «Охотник за мечтой» («Dream Chaser») построен на основе концепции челнока «HL-20», которым NASA увлекалось в 1980 годах. Теперь SpaceDev говорит, что «Охотник за мечтой» может поднять четырех человек по суборбитальной траектории в космос уже в 2008 году, если удастся получить $20-миллионное финансирование, источники которого, по словам ее представителей, еще не идентифицированы.

А дополнительные 100 миллионов долларов сделают к 2010 году возможным полет «Dream Chaser» с шестью людьми на борту на Международную космическую станцию (HL-20, кстати, был рассчитан на 10 человек).

Планируется, что «Охотник за мечтой», как и шаттл, будет стартовать вертикально, а приземляться горизонтально. Но поскольку он не предназначается для перевозки тяжелых грузов, то и по своим размерам он станет примерно в 4 раза меньше и в 8 раз легче, чем шаттл: высотой 9 метров и весом 10 тонн. В отличие от шаттла, в пусковой установке «Dream Chaser» не будет использоваться криогенное топливо, чьи баки должны быть изолированы пеной, куски которой имеют обыкновение отрываться при взлете.

«Лунное кресло» для быстрых лунных перелетов

Та же SpaceDev снова удивляет всех: «Человека можно доставить на Селену (и вернуть, разумеется, домой) менее чем за 10 миллиардов долларов». В то время как планы NASA предусматривают на освоение Луны 104 «лунных» миллиарда долларов (за 13 лет). Откуда десятикратная разница? Каждая миссия, как предполагают авторы исследования, должна доставить на окололунную орбиту или на поверхность нашего небесного соседа обитаемый модуль, который оставался бы на месте после миссии и мог бы быть использован при следующем визите на Луну.

Это еще не базы в традиционном понимании, но сеть опорных пунктов, облегчающих и удешевляющих лунную программу с каждым новым рейсом. Кроме того, компания предложила смелое новшество – каждого астронавта по отдельности можно высадить на Луне вовсе без корабля. Точнее, на необычном аппарате типа «ракетного кресла», в котором человек сидел бы в скафандре. Четыре таких кресла вместе с жилым модулем – вот уже и готовый аппарат для лунной экспедиции.

Причем «кресло» можно было бы использовать как в пилотируемом варианте, так и в беспилотном. В последнем случае собственно сиденье заменялось бы, по модульному принципу, на набор оборудования. А связка из четырех кресел, дополненная миниатюрной капсулой (приспособленной к спуску в атмосфере), располагала бы достаточным запасом тяги и топлива, чтобы возвратиться к Земле. Такая универсальность направлена на снижение затрат и повышение скорости разработки лунной техники.

SpaceDev уверена, что уже где-то между 2010-м и 2015-м годами человека можно будет высадить на южном полюсе Луны.

Вот он какой – «Lunar Penguin»

Пингвин – птица не летающая, но почему-то именно так был назван новый автоматический лунный исследователь, главное достоинство которого – способность к виртуозному парению и прыжкам над серыми просторами нашего спутника.

Американская фирма Raytheon предлагает высадить на Луне «Лунного пингвина» («Lunar Penguin») в 2009 году. Аппарат высотой примерно 1 метр и весом 105 килограммов способен к огромным прыжкам на Луне благодаря маленьким реактивным двигателям. Робот сможет перескочить в сторону на целый километр и, по замыслу его авторов, сможет сделать несколько таких прыжков, возможно, и на большее расстояние.

Компания позиционирует «Penguin» как универсальное транспортное средство, способное доставить на поверхность Луны небольшое научное оборудование с невиданной ранее точностью.

Уникальная особенность проекта – способность робота к многократному включению своих двигателей и очень осторожному автоматическому маневрированию над лунной поверхностью. «Penguin» использует двигатели, «мозги», датчики и системы наведения, позаимствованные у ракет «земля-воздух», крылатой ракеты «Томагавк» и перспективного заатмосферного перехватчика «Exoatmospheric Kill Vehicle» (EKV), разрабатываемого Raytheon. EKV – часть новой системы противоракетной обороны США.

«Фотографическая» точность, благодаря которой робот сможет ориентироваться по лунным картам, - серьезное преимущество корабля перед возможными конкурентами.

Специалисты компании говорят, что построить и запустить эту машину можно будет, по меркам космической отрасли, очень быстро.

Отпечаток первого шага по лунной поверхности

Пока NASA подбирает на Луне место для базы, адвокаты ООН ломают головы: как вежливо «избавиться» от «лунных собственников» – миллионов граждан разных стран, которые в результате юридического курьеза стали обладателями участков на Селене.

В дремучем 1980 году американец Деннис Хоуп нашел лазейку в «космическом» соглашении ООН от 1967 года. Там сказано, что никакая страна или правительство не могут предъявлять права на земли вне нашей планеты, однако ничего не сказано об индивидуальной или корпоративной собственности. Поэтому мистер Хоуп заявил о том, что Луна и другие небесные тела в солнечной системе являются его собственностью, и начал быстро распродавать участки на Селене и на Марсе.

Как мистер Хоуп, так и те, кто участвовал в распространении его собственности в разных странах, неплохо заработали. Примерно 9 миллионов долларов – такова сумма, вырученная от проданных участков на Луне. Казалось бы, находчивости Хоупа можно поаплодировать и порадоваться за остроумный бизнес. Но вот что будут делать правительства, когда придет время всерьез осваивать Луну?

Адвокаты в ООН говорят, что претензии мистера Хоупа на Луну лишены оснований. Это относится и ко всем «собственникам», которым он продавал (и продает сейчас) участки. Поэтому им всем придется махнуть рукой на потраченные деньги или же лететь на Луну и заявлять свои права непосредственным «столблением», как это было в Америке во времена индейцев.