30 ноября 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, — в материале РИА Новости.
Уйти, чтобы вернуться
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
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"
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.
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.
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.
Обустройство жизненной среды
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.
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.
