Построить на Луне базу или целое поселение, обеспечить его электроэнергией и провизией, сделать жизнь астронавтов комфортной и безопасной, — насколько это реально? Научный корреспондент BBC Сью Нельсон изучила колонизаторские планы мировых космических агентств и выяснила, хватит ли у них сил и ресурсов для их воплощения.
Китайский прорыв и отставание США
В январе 2019 года Китайское национальное космическое управление (CNSA) рассказало о грядущих этапах своей успешной Лунной программы. После первой в истории мягкой посадки автоматической станции «Чанъэ-4» на обратной стороне Луны две последующие миссии должны доставить на Землю образцы лунного грунта и пород. Затем «Чанъэ-7», запуск которой намечен на 2023 год, начнет исследования Южного полюса Луны — региона, особенно интересного для колонизаторов из-за наличия водяного льда. Уже в 2027 году Китай планирует отправить на Луну роботизированную миссию «Чанъэ-8», которая проведет эксперимент с 3D-печатью, используя местные ресурсы для строительства простых конструкций.
«Мы надеемся, что „Чанъэ-8“ сможет протестировать некоторые технологии для создания лунной базы, которую разделят между собой несколько стран», — заявил заместитель руководителя CNSA У Яньхуа.
В стремлении покорить Луну Китай не одинок: сегодня об этом говорят все космические державы. И хотя по сей день на спутнике высаживались только американцы, теперь им приходится догонять соперников по лунной гонке.
Долгое время NASA не обнародовало планы по созданию лунной базы, выделяя Марс как приоритетное направление. Но в августе 2018 года космическое агентство США объявило, что американские астронавты высадятся на поверхность Луны до 2030 года.
На несколько шагов впереди оказалось Европейское космическое агентство (ЕКА), объявившее о намерениях создать лунную базу еще в 2016-м. Годом ранее генеральный директор ЕКА Ян Вернер представил концепцию «Лунной деревни» — некоммерческого проекта, который объединил государственных и частных инвесторов, ученых, инженеров, бизнесменов, архитекторов и художников. Задача единомышленников — создание и совместное использование инфраструктуры на Луне для самых разных целей: астрономических исследований, туризма и геологической разведки — поиска минералов, которых не хватает на Земле.
Интерес к проекту «Лунная деревня» уже проявили CNSA и NASA, а частная аэрокосмическая компания Джеффа Безоса Blue Origin предложила разработать для его реализации грузовой корабль с полезной нагрузкой в 4500 кг.
«Лунная деревня» не является официальной программой ЕКА, но планы агентства ничуть не менее амбициозны. Так, до 2030 года должно завершиться картографирование поверхности Луны, затем в выбранное место доставят модули будущей базы, к 2042 году закончится их сбор, и до 2062-го будут созданы все системы жизнеобеспечения, производственная база и обсерватория.
Но какая бы организация не победила в лунной гонке XXI века, ключевым приоритетом будет выживание. До сих пор люди находились на Луне только три дня, поскольку для длительного пребывания наш спутник — не самое гостеприимное место.
Пункт назначения — Луна
Из-за разреженной атмосферы перепад температур на поверхности Луны очень высок. Так, в подсолнечной точке она может нагреваться до +127 ° C, а ночью охлаждаться до -173 ° C. При этом лунные сутки в 29,5 раз длиннее земных, что обрекает колонизаторов на две недели дневного света и две недели ночи. Это может стать проблемой для аккумулирования и использования энергии, поэтому любые новые технологии для лунного форпоста должны работать в сложных условиях.
Учитывая это, несколько организаций, в том числе Blue Origin, Airbus и ЕКА, недавно создали некоммерческую организацию под названием Moon Race («Лунная гонка»). Проект представляет собой глобальный космический конкурс для компаний, разрабатывающих технологии для полета на Луну и ее устойчивого освоения. Официально он будет запущен в октябре 2019 года на Международном астронавтическом конгрессе. Уже известно, что разработку и тестирование технологий запланировали на 2021 год, а саму Лунную миссию — на 2024-й.
Прототипы технологий, отобранные для испытаний в разреженной атмосфере Луны, позволят совершить миссию через 5 лет. Уже с 2024 года визионеры из Moon Race хотят начать строительство инфраструктуры, заняться производством энергии и выращиванием растений.
Как построить дом на Луне
Путешествие в космос стоит дорого. Чем тяжелее полезный груз ракеты-носителя, тем больше требуется топлива, и тем выше стоимость полета. Именно поэтому для создания инфраструктуры лунной базы экономные визионеры предпочитают использовать доступные ресурсы. Так, в качестве укрытий, ведущих к замерзшему водяному льду под поверхностью, можно использовать лавовые «трубы» — тоннели, образовавшиеся во времена вулканической активности на Луне. Еще один план состоит в том, чтобы построить базу из лунного реголита — мелкого песка, который похож на вулканический песок на Земле.
Профессор Матиас Сперл из Кельнского университета сотрудничает с Немецким космическим агентством DLR, печатая кирпичи из вулканического порошка. Имитатор реголита обретает нужную форму с помощью процесса, называемого спеканием, когда концентрированный солнечный свет или лазеры связывают материал вместе. Из этих кирпичей на Луне собираются построить здание, похожее на иглу — зимнее жилище эскимосов. Оно должно быть достаточно прочным, чтобы выдержать давление метрового слоя реголита, который защитит колонизаторов от космической радиации. Но строительство одной постройки было бы очень долгим процессом.
«На изготовление одного кирпича уходит примерно пять часов, — сказал Сперл. — А для иглу нам нужно 10 000 кирпичей. На это уйдут месяцы».
Чтобы ускорить процесс, придется взять на Луну больше линз, собирающих солнечный свет, а само строительство поручить роботам (подобных тем, которые работают на складах Amazon).
Выживание на Луне
Поскольку на полюсах Луны обнаружили следы водяного льда, лунные базы вероятнее всего появятся именно в этих местах. Недаром в настоящее время марсоход миссии «Чанъэ-4» собирает данные в кратере Эйткен на Южном полюсе.
На Луне достаточно полезных ресурсов. Кислород внутри самого реголита можно извлечь и использовать для дыхания. Наиболее вероятным его источником является минерал ильменит (FeTiO3), который в сочетании с водородом при температуре около 1000 ° C производит водяной пар, который затем необходимо отделить для производства водорода и кислорода.
Также будущим колонизаторам нужно позаботиться о еде. Производство пищи в космосе — не новая идея. Ее начали развивать в 1982 году, когда советские космонавты первые вырастили цветок Arabidopsis thaliana на космической станции «Салют-7». С тех пор гидропоника (выращивание растений на искусственных средах без почвы) сделала шаг вперед, и уже в 2010 году Университет Аризоны (США) разработал прототип «лунной теплицы». Гидропонная система использует 5,5-метровую мембранную трубку, лампы с водяным паром и «конверты» для удержания семян с помощью углекислого газа, выдыхаемого астронавтами.
С помощью подобной системы в 2018 году команда полярной станции Neumayer III в Антарктиде впервые собрала урожай, выращенный в теплицах без земли и солнечного света: 3,6 кг салата, 18 огурцов и 70 редисок. В высокотехнологичной теплице, за стенами которой держалась температура -20 °C, использовали многоразовый водный цикл, систему питательных веществ, светодиодное освещение и тщательный контроль углекислого газа.
Доступная энергия
Для строительства и жизнеобеспечения лунной базы понадобится большое количество энергии, и Солнце — далеко не единственный ее источник.
«В течение лунной ночи можно разделить добытую изо льда воду и рекомбинировать ее для производства электричества, — говорит научный советник ЕКА Эйдан Коули. — Днем у нас будет много солнечной энергии, которая позволит разделить воду на водород и кислород. Это уникальный инструмент, который мы могли бы использовать на Луне для обеспечения энергией долгосрочной миссии».
Существует также возможность накопления энергии с помощью тепловых насосов.
«На Луне нет ветра, и тепло от Солнца остается в реголите. Мы могли бы использовать линзу или зеркало, чтобы сфокусировать солнечный свет в определенной точке на поверхности, и использовать этот ресурс для обогрева базы или выработки электричества, — объясняет Коули. — Как только эти технологии отработают и протестируют, люди смогут построить лунную базу. Это будет раньше, чем вы думаете».
Подготовила: Марина Нижник
