Лунная база

Шевченко В. В.

История идеи лунной обитаемой базы

Идея использования Луны в качестве сырьевой базы и составной части инфраструктуры земной цивилизации выдвигалась еще в трудах К.Э.Циолковского, которому, как известно, принадлежит заслуга в создании научно обоснованной программы индустриализации космоса, предполагавшей его преобразование с целью превращения в новую среду обитания и производственной деятельности людей вне Земли.

Технически конкретные и современные по научному подходу описания проектов лунной базы стали появляться после 1946 г. Проекты рассматривали различные варианты лунных жилищ: искусственные сооружения, использование естественных полостей, использование защитных свойств лунного вещества, создание замкнутых систем жизнеобеспечения и т. д. Тогда же были высказаны основные положения научных программ и задач будущих лунных баз.

Более конкретные предложения и разработки в разное время высказаны основоположниками практической космонавтики.

С.П.Королев в публикациях начала 60-х годов наметил этапы изучения Луны, которые своим продолжением предполагали начальные стадии освоения и использования лунных ресурсов. После облета Луны и высадки на ее поверхность С.П.Королев считал целесообразным создание постоянно действующей лунной базы: «Организация на Луне постоянной научной станции, а впоследствии и промышленного объекта позволит использовать те нетронутые и еще неизвестные ресурсы этого наиболее близкого к нам небесного тела для науки и народного хозяйства».

В «Заметках по тяжелому межпланетному кораблю и тяжелой орбитальной станции», сделанных в качестве рабочих записей в 1962 г., С. П. Королев предполагал использовать Луну и окололунное пространство в системе инфраструктуры земной космической технологии. Первым уровнем подобной инфраструктуры, по мысли С. П. Королева, должен стать «орбитальный пояс» постоянных спутников, несущих различные функциональные нагрузки в околоземном пространстве: запасные базы-спутники для аппаратов, перед которыми возникнет необходимость в ремонте, регулировании, перезарядке и т.д. Базы-спутники должны обладать «всем необходимым для крайнего случая (воздух, влага и питание, энергетика, связь, медикаменты, аппаратура для создания искусственной тяжести и др.)».

Вторым уровнем космической технологической инфраструктуры С.П.Королев называл Луну и долговременные спутники на окололунной орбите, предназначенные для обслуживания межпланетных космических комплексов.

Создание долговременного и достаточно крупного спутника-станции Луны выгодно тем, что пролетающим кораблям не надо осуществлять посадку на Луну, либо спускать на ее поверхность ракетные зонды, что связано со значительными затратами топлива и другими трудностями. Но непосредственно «на Луне надо иметь, видимо, и капитальную базу для космических целей, а именно: решение задач навигации кораблей (в обоих случаях при очень дальних полетах), снабжение кораблей некоторыми необходимыми материальными средствами, в том числе питанием, средствами жизнеобеспечения, ядерным топливом (включая и рабочее тело) и т. д.».

Детальное планирование лунной базы началось в США после принятия решения о реализации программы «Аполлон» в 1961 г. Разработки велись НАСА, его подрядчиками, ВВС США и другими организациями. В большинстве из разработанных тогда проектов предлагалось использовать ракетно-космическую систему «Сатурн-5» в качестве транспортного обеспечения. Наиболее значительный проект 60-х годов предусматривал пребывание на лунной поверхности экипажа из 6 членов в течение 6 месяцев. В состав комплекса, кроме основного модуля, должны войти энергоустановка мощностью 10 «Вт, луноход с жилым модулем для длительных экспедиций по Луне, а также техника, обеспечивающая изготовление противорадиационной защиты из лунного грунта. По расчетам, потребовалось бы 8 запусков транспортной системы «Сатурн-5» в год для обеспечения функционирования лунной базы в течение 72 человеко-месяцев в год.

Описанный проект предлагался в качестве следующего шага после завершения программы «Аполлон». Дальнейшая модификация проекта предусматривала развертывание более крупной базы с ресурсом 216 человеко-месяцев в год, что потребовало бы уже 18 запусков системы «Сатурн-5» ежегодно.

Непосредственно перед началом реализации программы «Аполлон» в 1967 г. появился проект, рассматривающий создание четырех долговременных баз на лунной поверхности: двух станций в кратере Гримальди, одной в центре обратной стороны Луны и одной на южном полюсе. Функционирование всех баз предполагалось осуществлять последовательно. Например, база в кратере Гримальди должна была работать в течение двух лет. В программу исследований входили астрономические наблюдения, эксперименты по биологии, в области прикладных наук и др. Затем в качестве второй очереди могла бы вступить в строй следующая лунная станция и т. д. Вся программа четырех лунных баз потребовала бы проведения 63 запусков ракет-носителей «Сатурн-5» в период с 1971 по 1988 г.

Вскоре после осуществления первых. полетов на Луну по программе «Аполлон» в США в 1971 г. был предложен еще один проект организации постоянно действующей лунной базы, который содержал ряд новых элементов. Во-первых, в разработках уже были использованы первые результаты лунных экспедиций. Во-вторых, впервые была предложена концепция такой организации лунной базы, в которой основная транспортная нагрузка ложилась не на систему ракеты-носителя «Сатурн-5», а на корабль многоразового использования («Спейс Шаттл»), с помощью которого все необходимые грузы должны были доставляться на низкую околоземную орбиту с последующим перемещением к Луне особой транспортной системой. Эта программа была практически последней крупной разработкой того периода.

Первой фазе конкретного проектирования обитаемой лунной лаборатории был свойствен излишний оптимизм. Среди специалистов прочно бытовало мнение, что непосредственные продолжением первых лунных экспедиций станет интенсивное освоение Луны с развертыванием долговременной базы в качестве первого шага.

Однако неожиданно последовал довольно длительный период скептического отношения к целесообразности широких исследований Луны космическими средствами. Причин такого поворота событий было несколько. Как впоследствии признавали американские специалисты, существенным недостатком программы «Аполлон» была ее запланированная завершенность. Программа имела в качестве основной цели доставку на Луну человека, и решение этой задачи естественным образом ставило точку в развитии данного направления космических исследований. Иными словами, в самом проекте не закладывались основы последующих шагов, не было внутренних предпосылок для его естественного развития на новом, более сложном уровне.

Не вызывает сомнений громадное научное и техническое значение результатов программы «Аполлон». Многие из них привели к перевороту в наших представлениях о природе Луны, Солнечной системы в целом, о процессах, происходивших в глубокой древности и происходящих сейчас в окружающем нас космическом пространстве, а также о возможностях современной науки и техники. Но задуманная как символ американского превосходства в космических исследованиях, программа была важнейшей составной частью космической гонки и борьбы приоритетов. Когда же советская сторона, убедившись в нереальности победы, отказалась от борьбы на условиях, заданных американцами, и при этом официально объявила о якобы изначальном отсутствии интереса к полету человека на Луну, пропагандистский аспект программы в известной степени утратил остроту. Может, и не прямым образом, но, по-видимому, это обстоятельство также сыграло свою роль в последующем охлаждении общественного интереса к лунным исследованиям. Расхожее обывательское мнение «если по Луне ходили ногами, то изучать там уже нечего» получило распространение не только среди политиков, но и среди руководителей науки.

Новая фаза или, как называют ее современные исследователи этой проблемы, «лунный ренессанс» началась в первой половине 80-х годов и привлекла к идее обитаемой лунной базы внимание многих специалистов в различных областях науки и техники. Появились многочисленные научно-технические разработки и исследования, новые идеи и предложения, в обсуждении которых участвуют уже сотни ведущих ученых из разных стран.

В Советском Союзе в 80-е годы в работах В.П.Глушко выдвигалась концепция многоцелевой лунной базы, основанная на полученных к тому времени данных о природе Луны и современных технических возможностях ее освоения и использования. Основные аргументы в пользу развития подобных работ сводились к следующему. Лунная станция удобна для ведения непрерывного глобального контроля всей поверхности Земли и окружающего ее космического пространства. С лунной базы возможно проведение уникальных астрофизических экспериментов. Малая сила тяжести и тем самым умеренные затраты энергии для отлета с Луны, в сочетании с ее близостью к Земле, создают благоприятные возможности вовлечения лунных ресурсов в сферу космического производства, которое может быть организовано на геоцентрических и селеноцентрических орбитах. При этом отмечалось, что первичную обработку лунного сырья целесообразно производить на промышленных установках, расположенных на Луне и использующих солнечную энергию.

Лунные установки по производству кислорода из местных материалов могли бы обеспечить окислителем местные нужды и заправку космических транспортных грузовых и пилотируемых кораблей местного и дальнего следования как на Луне, так и на селеноцентрической орбите.

В.П.Глушко подчеркивал, что местные ресурсы, в качестве которых можно рассматривать распространенные на лунной поверхности в раздробленном виде лунные породы, при надлежащей обработке могут обеспечить уже в настоящее время производство ракетного топлива достаточной эффективности для выполнения стартов с лунной поверхности. Так, при использовании в ракетных двигателях в качестве горючего кремния и кислорода как окислителя может быть достигнут удельный импульс до 280 с, а при использовании алюминия с кислородом - до 290 с. Не исключено наличие на Луне источников углеводородного горючего, которые могут быть связаны с предполагаемыми очагами остаточной вулканической деятельности.

Таким образом, одна из основных ближайших задач космонавтики - глубокая глобальная разведка Луны и составление карты ее природных ресурсов. Широкое использование Луны, по мнению В.П.Глушко, является крупным этапом в развитии космонавтики, который нельзя миновать. При этом следует учитывать, что доставка с территории СССР на лунную поверхность груза с мягкой посадкой требует меньших энергетических затрат, чем доставка того же груза на геостационарную орбиту. Исследования Луны автоматическими аппаратами были первым шагом в ее изучении. Следующим этапом должны быть пилотируемые экспедиции, создающие на Луне сначала временные базы, затем долговременные и, наконец, постоянно действующие. При этом возможно разумное сочетание использования автоматических и пилотируемых космических систем.

Однако эти идеи, как и разработки других специалистов в нашей стране, не нашли официальной поддержки. По сути, они выполнялись в рамках личных инициатив, не становясь содержанием космической политики. Инерция отсутствия официального интереса к Луне продолжала действовать.

В эти же годы в США в связи с разработкой долгосрочных планов НАСА вновь было привлечено внимание к проектам перспективного освоения Луны.

Для выработки всесторонне обоснованных предложений по перспективному планированию космических исследований за пределами низкой околоземной орбиты и определению стратегических целей на новом этапе космического планирования в НАСА был создан совещательный орган - Комитет по изучению Солнечной системы (КИСС), который приступил к работе в 1980 г. В состав комитета вошли ведущие специалисты в данной области, представляющие штаб-квартиру НАСА, исследовательские центры НАСА, отдельные аэрокосмические: корпорации и девять крупнейших университетов США. В составе КИСС работали четыре рабочие группы по отдельным направлениям планетных исследовании и подкомитет по космической технологии. Перед комитетом была поставлена задача сформулировать современные взгляды на цели и задачи предстоящих на ближайший период планетных исследований и дать стратегические установки в перспективном планировании изучения Солнечной система с помощью космической техники на период до конца текущего столетия.

В конце 1981 г. группа исследователей в Космическом центре им.Джонсона пришла к выводу, что разрабатываемая в НАСА транспортная система для создания и функционирования станции на высокой околоземной орбите обеспечит также необходимые транспортные операции по созданию постоянной обитаемой базы на лунной поверхности. Из анализа общих аспектов следовало, что постоянная база на Луне имеет далеко идущие последствия для национальной политики, международных отношений и развития американской технологии на новом уровне. В предыдущей истории космических исследований Луна всегда была объектом, связанным с качественно новыми этапами развития космической техники. В этом отношении постоянное пребывание человека на Луне будет вновь рассматриваться в качестве наивысшего космического достижения, столь же закономерного, как существование космической станции на низкой околоземной орбите.

Далее названная группа постулировала, что сосредоточиться именно на лунных исследованиях понуждают три основные причины. Первая - научная, поскольку Луна является «детским садом» всего, что мы знаем о Солнечной системе и о Земле. Поэтому мы должны досконально изучить начало начал. Это необходимо также для понимания нашей планеты, например, вопросов, образования земных полезных ископаемых, природных глубинных ресурсов и пр. Вторая - коммерческие аспекты, связанные с внеземными ресурсами, альтернативными источниками энергии и другими жизненно важными для современного человечества ближайшими перспективами развития. Третья - создание инфраструктуры современной цивилизации. Последняя причина, будучи наиболее абстрактной, наиболее же существенна, поскольку открывает еще неизвестные и неоцененные возможности.

В 1983 г. КИСС подготовил Основную программу, в которой систематизировал результаты проведенного анализа, главные выводы и конкретные рекомендации.

Основная программа предлагала четыре главных цели исследований на ближайшие десятилетия.

Первой целью по-прежнему остается изучение проблем происхождения, эволюции и современного состояния Солнечной системы в целом и отдельных объектов. Несмотря на то что за последние два десятилетия в этом направлении достигнут значительней прогресс, остаются нерешенными еще многие важные вопросы, имеющие высокий научный приоритет и фундаментальное значение.

Вторая цель - решение проблем, которые могли бы способствовать пониманию глобальных вопросов природы Земли через сравнение природы других планет и крупных спутников Солнечной системы.

Третьей целью названо понимание существующих в природе соотношений химической и физической эволюции тел Солнечной системы и процесса зарождения жизни.

Четвертой целью КИСС впервые в практике космических исследований выдвинул ранее не относившуюся к планетным исследованиям проблему поиска ресурсов, доступных в ближнем и дальнем космосе. В качестве первых шагов подразумевается изучение возможности обнаружения и активного использования подобных ресурсов ближайших к Земле тел: Луны, проходящих на близких расстояниях астероидов, а также ядер комет.

В Основной программе отмечалось также, что стратегической необходимостью является проведение начального этапа работ по изучению и возможному использованию природных ресурсов Луны и близко подходящих к Земле астероидов.

В 1986 г. Комитет по изучению Солнечной системы завершил работу над второй частью проекта - Расширенной программой.

Для определения стратегических целей в космосе тогдашним президентом США Р.Рейганом была назначена Национальная комиссия по космосу во главе с д-ром Т.Пейном. В штаб-квартире НАСА с аналогичной целью была создана комиссия «Космос-1995» под руководством астронавта д-ра С.Райд (первой женщины-астронавта США).

На основе предварительных разработок были представлены президентские предложения Конгрессу по долгосрочной космической программе США. Основной смысл стратегических целей был . сформулирован как распространение пилотируемых миссий за пределы низкой околоземной орбиты согласно предложениям Совета стратегического планирования НАСА. Конкретизация данных целей предварительно в виде двух проектов - лунной базы и полета к Марсу космического корабля с экипажем - стала содержанием дальнейшей работы.

В процессе обсуждений на разных уровнях рассматривались оба суперпроекта как возможная перспектива на ближайшие 15-20 лет. Оба объекта - Луна и Марс интересны с точки зрения первой и второй целей, выдвинутых КИСС, в равной степени. Однако Марс более соответствует третьей цели - исследованию зарождения жизни в Солнечной системе, а Луна - четвертой цели, т.е. проблеме утилизации внеземных ресурсов. Технические возможности и разумные материальные затраты позволяют говорить о разовом посещении Марса пилотируемой экспедицией или о создании на поверхности Луны постоянно действующей обитаемой базы. Оба проекта принципиально осуществимы с технической точки зрения в начале XXI века. Одновременность их осуществления, по-видимому, нереальна, и поэтому оба проекта чаще рассматривались как альтернативные либо последовательные с различными приоритетами в очередности. Специалистами высказывались различные мнения, которые в конце прошедшего десятилетия, наконец, обрели завершенную форму официальной программы.

Во время празднования двадцатой годовщины первой высадки людей на Луну, 20 июля 1989 г., уже новый президент США Дж.Буш призвал общественность страны направить свои усилия на достижение новых целей в космосе. «Прежде всего, - сказал он, - в текущем десятилетии, - в 90-х годах нашим следующим шагом в освоении космоса станет космическая станция «Фридом». А затем, в новом тысячелетии, - назад на Луну, назад в будущее. На этот раз мы возвращаемся для того, чтобы остаться. А затем перед нами - путешествие в завтрашний день, путешествие на другую планету - полет человека на Марс».

В дальнейших исследованиях НАСА проекты различного характера были систематизированы по трем стратегическим направлениям.

Первое направление предусматривает планирование и осуществление пилотируемых экспедиций на другие планетные тела. Подобные проекты не включают каких-либо долговременных структур или оборудования на поверхности посещаемого тела.

Рис.1. Схема транспортных операций связанных с организацией лунной базы.
Первый этап - перемещение грузов на космическую станцию находящуюся
на низкой околоземной орбите (НЗО). Затем с помощью межорбитального
транспортного аппарата (МТА) грузы перевозятся на станцию находящуюся
на высокой околоземной орбите (ВЗО) или непосредственно на лунную
орбитальную станцию что одинаково по энергетическим затратам

На данном этапе под это направление подпадают миссии посещения Марса и его спутников.

Второе направление рассматривает организацию научного постоянно действующего аванпоста на поверхности планетного тела, обслуживаемого на постоянной или вахтовой основе экипажем специалистов. На первом этапе предполагается строительство и функционирование внеземной обсерватории для астрономических и геофизических наблюдений на поверхности Луны.

Третье стратегическое направление рассматривает широкую программу проведения во внутренней части Солнечной системы научных и технологических исследований, поиска и освоения природных ресурсов, а также работ, имеющих конечной целью организацию постоянного присутствия человека на различных планетных телах. Внутри этого направления планируется развитие проекта обитаемой базы на Луне и проектирование аналогичных баз на поверхности Марса, а также разработка инфраструктур, необходимых для осуществления дальнейшей экспансии внутри Солнечной системы.

В части лунной программы предусмотрены две основные стадии. На первом этапе обсуждается создание лунной обсерватории, преследующей чисто научные цели изучения космического пространства. В связи с задачами наблюдательного комплекса, для которого нежелательны шумовые помехи, исходящие от Земли, местом размещения лунной обсерватории станет один из районов обратного полушария. Сценарий проекта предполагает в течение двух первых лет один грузовой и один пилотируемый полет в год. Начало полетов примерно 2004 г. Вслед за двумя грузовыми и двумя пилотируемыми первыми полетами последует дежурный режим, включающий один комбинированный (грузы и экипаж) полет в год.

В каждом пилотируемом полете можно доставлять к Луне экипаж из четырех человек. Продолжительность миссии до 20 дней, включая 14 земных суток пребывания непосредственно на лунной поверхности. Первый этап не потребует создания постоянного жилища на лунной поверхности. Ввиду краткости пребывания сменного экипажа на Луне и возможного изменения мест посадки в каждом случае команда может жить и работать в посадочном модуле космического лунного комплекса. Планируемый набор астрономической аппаратуры, и прежде всего радиоастрономический комплекс, который будет размещаться на Луне на первом этапе, готовится в автоматическом варианте. Поэтому необходимое вмешательство оператора непосредственно на Луне предусматривается не чаще чем раз в три года. В состав обслуживающей техники предполагается включить, по крайней мере, один луноход, дающий возможность совершать поездки на расстояния до 10 км от места базирования.

Сценарий создания постоянной лунной базы включает серию грузовых и пилотируемых (пассажирских) транспортных рейсов на Луну, начиная примерно с 2004 г. Основные цели начальных и последующих стадий этого проекта - разработка и утилизация лунных ресурсов. Первоочередной задачей ставится организация промышленного извлечения кислорода из лунного вещества для дальнейшего использования в качестве компонента ракетного топлива при старте с Луны космических комплексов, обеспечивающих реализацию пилотируемой экспедиций к Марсу.

Лунная обсерватория и все операции, связанные с ее созданием, рассматриваются как подготовительный этап к развертыванию постоянно действующей лунной базы.

По мысли проектировщиков, лунный этап является обязательным в подготовке экспедиции на Марс, поскольку обеспечивает единственную возможность отработки приемов и технологий будущих дальних миссий.

Итак, отсчет первых шагов к обитаемой базе на Луне начат.

К сожалению, в советской космической программе ввиду экономических трудностей задача построения базы на Луне пока не ставится. Рассматривается лишь запуск в 90-х годах на полярную орбиту спутника для глобального фотографирования Луны. В нашем научном сообществе дискуссии еще продолжаются и нередко высказываются сомнения относительно необходимости такого суперпроекта.

Однако существование различных точек зрения на проблемы лунной базы и целесообразность осуществления подобного проекта в обозримом будущем не преуменьшают очевидности того факта, что Луна, становясь все более доступной для космических транспортных средств, логикой научно-технического прогресса превращается в один из реальных объектов инфраструктуры современной цивилизации.

Оглавление

Титульная страница

Возвращение на Луну

Что же мы знаем о Луне?

История идеи лунной обитаемой базы

Луна - космическая лаборатория

Луна - космический завод

К Марсу с остановкой на Луне

А нужно ли это?