Долговременная лунная база или перспектива 2050 года

4 Долговременная лунная база или перспектива 2050 года

В качестве объекта, обладающего уникальными природными условиями, Луна может рассматриваться как база для решения многих задач во благо земной цивилизации. Эти задачи группируются в следующие направления.

Первое и, пожалуй, самое важное на сегодня направление - освоение лунных ресурсов для создания внеземного промышленного производства, которое позволит решить проблемы экологического, энергетического и ресурсного кризисов, угрожающих Человечеству в ближайшем будущем. К нему относятся в том числе задачи по получению на Луне топливных компонентов и расходных материалов для системы транспортных средств в околоземном пространстве. Второе направление: Луна - платформа для уникальных научных исследований и наблюдений. Третье направление: Луна - экспериментальная база для отработки космических технических средств, включая средства околоземного промышленного производства. Четвертое направление: Луна - ключевой транспортный узел дальних межпланетных космических рейсов.

Основные принципы освоения Луны Освоение Луны, с целью использования ее ресурсов для развития человечества, строится на следующих принципах:

- на Луне создается биосфера, которая основана на воде, углеводородах и продуктах их взаимодействия;

- основой развития биосферы на Луне являются солнечная энергетика, использующая уникальные лунные условия: высокую плотность солнечного излучения 1380 Вт/м2 при высоком значении постоянства в дневное время и исключительно низкую температуру окружающей среды в солнечной тени 100°К;

- освоение Луны реализуется поэтапно; каждый из этапов должен учитывать достигнутый за предшествующий период уровень решения проблем и опыт проведения работ, предусматривать преемственность техники, возможность ее совершенствования и дальнейшего логического развития;

- Луна считается центральным звеном лунно-земной космической инфраструктуры; ее ресурсы рассматриваются как основной источник материального обеспечения всего космического хозяйства. В качестве опорных точек инфраструктуры намечены лунная база, окололунная и околоземная базовые станции, имеющие широко развитое производство на лунном сырье и одновременно выполняющие роль транзитных транспортных узлов.

Для функционирования этой инфраструктуры должна быть создана соответствующая транспортная система. Сроки создания и ввода в эксплуатацию всех элементов инфраструктуры должны быть взаимно привязаны и в основном определяться уровнем освоения Луны и развертывания на ней космического хозяйства. Этапы развертывания базы Развертывание базы на 1 этапе (2000-2015 гг.) может производиться по следующему сценарию:

- 2000-2005 гг.: исследование Луны беспилотными космическими аппаратами с целью выбора местоположения постоянной лунной базы для обеспечения производства на Луне;

- 2004-2005 гг.: доставка и комплектация на окололунной орбите пилотируемой станции "МИР-Луна" для обеспечения орбитально-десантного исследования (с участием человека) места для постоянной лунной базы;

- 2005-2006 гг.; орбитально-десантное исследование места для постоянной лунной базы;

- 2007-2009 гг.: создание постоянной Лунной базы с экипажем до 10 человек;

- 2009-2012 гг.: создание первой очереди завода на Луне по производству кислорода в объеме 50 тонн в год (в жидком виде), к концу срока - корректировка сценария дальнейшего освоения Луны;2012-2015 гг.

создание астрофизической лаборатории на Луне, объем производства кислорода в зависимости от корректировки может возрасти до 100-2500 тонн в год.

Таким образом, на первом этапе освоения Луны достигается самообеспечение кислородом постоянной лунной базы и транспортных операций: околоземная орбита-Луна-околоземная орбита. На втором этапе освоения Луны (2015-2030 гг.) должно быть достигнуто самообеспечение и по водороду (50 тонн в год) или метану. В период 2025-2030 гг. планируется ввод в эксплуатацию производства гелия-3 с объемом 100 кг в год. Оценки показывают, что производительность оборудования по переработке лунного грунта для получения Н, и Не должна возрасти в 100-1000 раз. Альтернативой получения водорода могут служить выбросы летучих газов из псевдовулканов, что необходимо учитывать при выборе места для Лунной Базы. На третьем этапе освоения Луны (2030-2050 гг.), предполагается освоить на Луне производство конструкционных и электротехнических материалов на основе местной добычи железа, титана, алюминия, кремния. Основным назначением третьего этапа является развитие производства лунной базы, способного обеспечить создание первых опытных лунных электростанций, использующих энергию Солнца, для снабжения Земли. При этом постоянная лунная база превращается в лунное поселение с численностью до 200 человек. В данной работе рассматривается концепция лунной производственной базы третьего этапа.

Выбор места базы

Выбор места лунной базы определяется несколькими основными факторами. Прежде всего, район базирования должен удовлетворять требованиям максимального содержания интересующих нас сырьевых ресурсов и наименьших затрат, включая обустройство. Координаты этого района должны обеспечивать минимум затрат на транспортные космические операции с учетом требований максимальной безопасности персонала базы, когда ее инфраструктура еще недостаточно развита и степень самообеспечения низка. Кроме того, в районе базирования рельеф должен быть удобен для размещения комплексов базы и иметь профиль, безопасный с точки зрения подлета и посадки лунных транспортных кораблей. Этим требованиям отвечают расположенные в приэкваториальной зоне видимой стороны Луны морские районы, и, в частности, западная область Океана Бурь, где предполагаются большие запасы лунной породы ильменита, наиболее богатой кислородом. Размещение базы на видимой стороне Луны дает возможность постоянной прямой радио- и оптической связи с Землей. Приэкваториальная зона позволяет обеспечить транспортные операции между лунной базой и окололунной орбитальной станцией с возможностью стартов на каждом витке орбитальной станции вокруг Луны и с минимальными топливно-энергетическими затратами.

Типовой лунный рельеф в морском районе (Район кратера Гримальди в Океане Бурь) Как известно, среди различных элементов лунного рельефа доминирующее значение имеют кратеры. Другие элементы, такие как камни и склоны, существенны лишь при рассмотрении рельефа на площадках с линейным размером до сотни метров, и поэтому для выбора места комплексных структур лунной базы, располагаемых друг от друга на расстоянии порядка пяти километров, не имеют значения. В качестве типовой формы кратеров приняты чашеобразные, форма которых аппроксимируется сферическим сегментом. Таких кратеров на Луне около 95% от общего числа. Это дает практически достоверную возможность выбора кратеров с требуемыми размерами и взаимным расположением в случае размещения в них структурных комплексов производственной лунной базы. Очевидно, что это представление накладывает также свой отпечаток на разработку транспортных налунных средств, обеспечивающих перевозки между структурными комплексами базы, и дает аргументы в пользу применения эстакадной или канатной дорог. Помимо кратеров в числе элементов лунного рельефа, представляющих интерес при выборе места для размещения базы, следует отметить естественные полости в виде "лавовых трубок". Это высохшие каналы подповерхностных лавовых рек. Протяженность этих трубок измеряется от десятков до сотен метров, а толщина покрывающего слоя составляет предположительно более 10 м. Следовательно, внутренние пространства этих лавовых трубок представляют собой среду, которая естественным образом защищена от опасностей проникающей радиации и метеоритных ударов. Более того, внутри трубок преобладает постоянная, относительно благоприятная, температура -20°С. Все это представляет собой чрезвычайно предпочтительные окружающие условия для жизнедеятельности человека, а также для осуществления промышленных операций. Значительные функциональные, технические и экономические выгоды могли бы быть получены при сооружении лунных баз внутри лавовых трубок. К сожалению отождествление лавовых трубок сегодня возможно лишь с помощью идентификации косвенных признаков, например, по наличию обрушенного верхнего покрытия, и имеет высокую степень неопределенности. К тому же, размещение комплексов базы требует конкретного знания геометрии объемов лавовых трубок и прочностного состояния покрывающего слоя, что возможно лишь при обследовании конкретной лавовой трубки.

Структурная схема базы

Структура базы состоит из зон, распределенных по функциональным признакам и разнесенных между собой на расстояние 3-5 км с целью обеспечения жизнестойкости, взрыво- и пылебезопасности. Каждая зона включает в себя один или несколько комплексов, содержащих соответствующие сооружения, объекты и технические средства. Все зоны соединены между собой внутрибазовыми транспортными магистралями, выполненными в виде канатных или монорельсовых дорог. В состав энергозоны условно включены системы спутников энергоснабжения, обеспечивающие базу энергией во время лунной ночи, длящейся 14 суток.

Генеральный план базы

При разработке генерального плана было рассмотрено два варианта размещения объектов. Первый вариант, когда все объекты базы располагаются на поверхности, преимущественно на склонах кратеров, с четким распределением на зоны, отстоящие друг от друга на 3-5 км. Этот вариант принят в качестве основного, поскольку практически в любом морском районе Луны можно найти кратеры как по своим размерам, так и по взаимному расположению, удовлетворяющие требованиям размещения объектов базы. В этом смысле его можно назвать универсальным. Второй вариант предполагает размещение базы в месте нахождения лавовой трубки соответствующих размеров и с требуемыми прочностными характеристиками свода. При этом в лавовой трубке располагаются в основном производственные объекты, для которых необходимы большие площади и одновременно радиационная и микрометеоритная защищенность. В данном варианте ограничена возможность разнесения зон, размещаемых в лавовой трубке на безопасные расстояния, поэтому предусматривается установка шахтных колодцев и диафрагм, обеспечивающих взрыво- и пожаро-безопасность. Считается, что хотя бы один из концов лавовой трубки имеет выход в кратер (в противном случае ее было бы трудно обнаружить). Это позволяет обеспечить нормальный доступ с поверхности Луны внутрь трубки, включая прокладку транспортной магистрали. В обоих вариантах жилая зона базы располагается на поверхности на склоне кратера. Помимо универсальности планировки, а также универсальности по отношению к селенографическому положению в пределах морских районов, размещение жилой зоны в кратере дает возможность использования рельефа для обеспечения защищенности от радиации и метеоритов, правда меньшую, чем в лавовой трубке, но большую, чем на ровной поверхности Луны. И хотя это требует соответствующих затрат, зато при наличии аварийной ситуации эвакуация людей из лавовой трубки представляется более сложной, чем из объектов, размещенных на поверхности. Кроме того, расположение жилого комплекса в кратере создает психологическое ощущение огороженности, защищенности пространства обитания по сравнению с планировкой на плоской поверхности, и в то же время не создает ощущения полной замкнутости, как это возможно в случае использования лавовой трубки.

Планировка жилого комплекса

Жилой комплекс размещается в кратере диаметром 360 м, глубиной 40 м, имеющем чашеобразную форму. Комплекс представляет собой систему расположенных на склоне кратера террас, соединенных галереями, идущими по направлению склона. Каждая терраса составляется из секций, имеющих размер 9х9 м в плане. Под поверхностью кратера в горизонтальной нише каждой секции, созданной методом теплового бурения, размещается универсальный модуль с гибкой внутренней планировкой. Нижняя терраса проходит через круглые в плане (диаметром 50 и 100 м), заглубленные в дно кратера, помещения с купольным перекрытием. Через весь кратер во взаимно поперечном направлении проходят два тоннеля, по которым проложены транспортные магистрали, соединяющие жилой комплекс с другими зонами базы. Третий транспортный тоннель, окаймляющий кратер, служит для внутрикомплексных сообщений. Этот тоннель соединяет основные помещения жилого комплекса со станциями, расположенными вдоль кромки кратера примерно на равном расстоянии друг от друга. Помимо выполнения транспортных функций в случае аварийной ситуации экипаж жилого комплекса может быть быстро эвакуирован в помещения станции, находящейся в безопасной зоне от места аварии. Все модули, террасы, галереи, купольные помещения и тоннели соединяются между собой переходными шлюзами. Галереи, террасы и станции оборудованы выходными шлюзами на поверхность Луны. Шлюзы имеют ограниченное число видов, определяемых для выходных размерами, а для переходных - размерами и числом люков. В каждом шлюзе предусмотрено хранение комплектов скафандров: легких - в переходных, на случай непредусмотренной разгерметизации одного из отсеков, соединенных со шлюзами, и тяжелых скафандров - в выходных люках. Отражая принцип преемственности, жилой комплекс содержит в себе элементы предшествующего этапа и рассчитан на возможность дальнейшего развития.

Используемые конструкции и материалы

Практически все конструктивные элементы сооружений жилого комплекса выполнены из материалов собственного производства базы, работающего на местном сырье. Конкретный набор материалов зависит от варианта выбранной конструкции. В целях обеспечения безопасности все несущие конструкции герметичных объектов рассчитаны на сохранение формы при потере герметичности. Поэтому надувные конструкции используются как временные при производстве технологических работ.

Монтаж и эксплуатация объектов жилого комплекса

Создание объектов и сооружений жилого комплекса начинается с "земляных" работ по профилированию и уплотнению террасных площадок, галерейных траншей и площадок под купольные помещения. Для этих работ может быть использована техника, служащая для добычи местных ресурсов. После уплотнения грунта на склоне кратера методом теплового бурения делают ниши. Над открытыми участками проводимых работ возводятся защитные навесы, в ниши устанавливаются уже оборудованные внутри универсальные жилые модули. Затем ведется монтаж секций террас и галерей. После этого устанавливаются торцевые защитные стенки, которые вместе с навесами образуют замкнутый контур, предохраняющий образованные внутри герметичные объемы от метеоритной и радиационной опасности. Возведение купольных помещений возможно различными вариантами в зависимости от используемых конструкций.Для прокладки транспортных тоннелей в вырытые траншеи укладываются металлические секции или производится бетонирование, а после герметизации - засыпка вынутым грунтом. Все сооружения жилого комплекса выполняются ремонтопригодными, а большинство их составляющих (например, жилые модули, секции террас и галерей, шлюзы и т.д.) сделаны унифицированными, и могут быть заменены в процессе эксплуатации.

Освещение жилой зоны

Освещение жилой зоны обеспечивается во время лунной ночи с помощью электричества, получаемого от энергоустановки, находящейся в энергетической зоне базы, которая, в свою очередь, получает энергию от системы спутников, летающих по орбите вокруг Луны и преобразующих энергию Солнца в энергию СВЧ - диапазона или лазерного моноизлучения. Днем используется система зеркальных отражателей, направляющих поток солнечных лучей на линзы Френеля, расположенные по кромке одной из террас. Линзы Френеля фокусируют поток в приемную камеру светопроводов, разводящих свет по потребителям. Система жизнеобеспечения

Характерной особенностью лунной производственной базы на этапе развернутого производства является полная автономность системы жизнеобеспечения как по расходуемым материальным средствам, так и по питанию и независимость от транспортных связей с Землей.

Адаптационно-реабилитационный центр

Главный акцент в создании комфортной среды для экипажа лунной базы делается на адаптационно-реабилитационном центре жилого комплекса. Каждый вновь прибывший с Земли проходит здесь специальный тренировочный курс, составленный по особой физико-биологической и философско-психологической программе. Человек, оказавшийся на Луне, будет очень остро ощущать огромность мироздания и ничтожность не только себя самого, но и своей родной Земли. Это ощущение будет оказывать влияние на весь внутренний мир человека, на все его органы чувств. Необходима адаптация для перехода к "космическому" мышлению. Но пребывание человека на Луне временное, и ему вновь придется возвращаться на Землю. Определенное воздействие специальной тренировкой на начало начал всякого мыслительного процесса - непосредственные ощущения, создаст условия либо для возникновения космического мышления, либо для воспроизводства прежнего. Адаптационно-реабилитационный центр размещен в самом большом купольном помещении жилого комплекса. Его планировка предусматривает наличие ландшафтного парка. В состав оборудования центра введена аппаратура планетария. Внутренняя архитектура центра позволит проводить в нем не только массовые мероприятия, но и даст возможность человеку оставаться наедине с самим собой.

Можно с уверенностью сказать, что с развитием космонавтики и освоением космоса человеком, зарождается новая область архитектуры - космическая архитектура. Являясь составной частью архитектуры экстремальных условий, космическая архитектура может быть выделена в самостоятельный предмет исследования. Выходя в космос, человек сталкивается с рядом проблем, не имеющих места в земных условиях: метеоритная опасность, повышенная радиация, полное или частичное отсутствие гравитации, что вызывает дополнительные психофизические перегрузки. Космическую архитектуру можно условно разделить на "планетарную" и "орбитальную", так как они имеют ярко выраженные отличия и требуют различных подходов в решении поставленных задач. Технические приемы земной архитектуры и опыт человечества, накопленный в процессе решения сложных задач в суровых земных условиях, позволят в будущем успешно соприкоснуться с лунным миром. Органичное развитие лунной архитектуры, основанное на использовании собственных материалов, может послужить началом экологического балансирования человека без повреждения окружающей среды. Обращаясь к современным зарубежным и отечественным аналогам, следует заметить, что в подавляющем большинстве авторы идут либо по пути чисто технического решения, либо по пути художественной концепции. Как правило, проекты первых лунных поселений выполнены на уровне технического решения, обусловленного, в основном, эксплуатационно-техническими требованиями. Концепции, рассматривающие более поздние этапы развития лунных поселений, напротив, уделяют большее внимание художественному образу без должной проработки технической части. Явно назрела необходимость объединить оба подхода к проектированию и создать концепцию, отвечающую в равной степени техническим, эстетическим и биопсихологическим требованиям. Только таким образом можно вплотную подойти к реальному проектированию систем планетарных баз. Данная работа представляет собой попытку реализации такого синтеза.

Заключение

Освоение космоса неизбежно, и в ближней перспективе та страна, которая будет контролировать перевозки на орбиту и вследствие этого околоземное пространство, будет контролировать и экономику планеты. Так же как это было в прошлом: кто контролировал море, тот контролировал международную торговлю и колонии. Но верно и противоположное: та страна, которая сегодня не будет активно участвовать в проектах освоения космического пространства, рискует тем, что в будущем упоминаний о ней не останется даже в школьных учебниках истории.

Список используемой литературы

1)  http://anomalia.kulichki.ru/

2)  STRF.livejournal.com

3)  П. Павельцев. «Новости космонавтики»

4)  По материалам Александр Кошкин, Lenta.ru, popmech.ru и прочее

5)  Энциклопедия «Википедия»

6)  По материалам Юрий Юрьевич Караш- доктор наук (Ph.D.) США по специальности "Космическая политика и международные отношения", кандидат исторических наук, член-корреспондент Российской академии космонавтики им. К.Э.Циолковского

7) Электронное агентство политических новостей