Проекты лунных баз: вчера и сегодня

В 1976 году с поверхности Луны стартовала возвращаемая капсула советского космического зонда «Луна-24». Она успешно прилетит на Землю, в 1978 году в колонке грунта найдут воду, но «Луна-24» станет последним аппаратом «золотой эры» изучения Луны. Следующий зонд выйдет на ее орбиту только в 1990 году, 14 лет спустя, а следующая мягкая посадка состоится только в 2013 году, спустя целых 37 лет. Нет ничего удивительного, что и проекты лунных баз стали редкостью. Но после периода охлаждения интереса к Луне проекты лунных баз стали появляться вновь, тем более, что появились новые технологии, которые можно было бы использовать при освоении Луны.

Первая ласточка

Уже проект 1986 года соединил в себе две до сих пор актуальные идеи — активное строительство на базе местных ресурсов и разворачивание модулей из транспортного положения. Если, в проектах 50-х и 60-х годов, базу, в лучшем случае, засыпали реголитом, или выкапывали туннель в стенке кратера, то тут, в качестве защиты от метеоритов, космических лучей и экстремальных температур, предложили производить на месте из реголита лунный бетон. В лабораторных условиях из сорока грамм настоящего лунного грунта сделали однодюймовый (2,54 см) кубик бетона, который оказался в два раза прочнее обычного земного бетона. Для производства бетона нужна вода, ее крайне нерационально везти с Земли, и довольно сложно производить на месте. Поэтому в последующие годы ученые проводили эксперименты над лунным бетоном с использованием серы. Серу на Луне добыть проще, а получившийся материал имел вполне неплохие характеристики.

Идея разворачивания модулей из транспортного положения была впервые предложена в проекте советской базы «Звезда», но там модули были жесткие. Здесь же предлагалось использовать надувные модули, которые под бетонным куполом могли развернуться из небольших контейнеров в полноценные рабочие и жилые помещения без риска быть пробитыми метеоритом. Вот любопытный ролик об этом проекте:

Лунные девяностые

В 1989 году, в двадцатилетний юбилей высадки человека на Луну, американский президент Джордж Буш старший анонсировал программу, которая впоследствии получила название «Инициатива исследования космоса» (Space Exploration Initiative, SEI). В ней предполагалось строительство орбитальной станции «Freedom», возвращение человека на Луну на постоянной основе и полет к Марсу. С таким стимулом в США появилось несколько хорошо проработанных проектов лунных баз.

First Lunar Outpost (FLO), 1992

В 1992 году этот проект казался парадоксальным — в эпоху многоразовых Спейс Шаттлов все элементы FLO были одноразовыми. Сверхтяжелая ракета, построенная на базе технологий «Сатурна-V», выводила к Луне два модуля — пилотируемый и беспилотный:

Выведение пилотируемого модуля

Беспилотный модуль имел высоту целых 14 метров и после посадки весил 35 тонн. На его борту были расходные материалы для экспедиции длительностью 45 суток. Жилым блоком служил модуль станции Freedom, а энергопитание обеспечивалось солнечными батареями.

Беспилотный модуль на Луне

Пилотируемый модуль имел начальную массу 95 тонн, из которых две трети составляло топливо, и экипаж из 4 человек. В отличие от миссий «Аполлон» пилотируемый модуль садился на Луну целиком. Это было не очень экономно с точки зрения топлива, но в этом случае можно было выбирать для посадки любой участок Луны — «Аполлоны» со схемой встречи на лунной орбите могли садиться только в районе экватора.

Пилотируемый модуль

45-дневная экспедиция включала в себя три восьмичасовых выхода на поверхность в неделю на каждого астронавта и девять поездок на ровере на расстояние до 25 км. Вес научного оборудования достигал трех тонн, в них входили наборы для экспериментов по физике, геологии, астрономии и биологии. Также астронавты должны были проводить эксперименты по извлечению полезных ресурсов и производству строительных материалов из лунного реголита.

Проект погубила высокая стоимость и отсутствие коммерческого использования технологий параллельно освоению Луны — сверхтяжелая ракета была избыточна для запусков коммерческих спутников. Да и амбициозность программы SEI резко уменьшалась — несмотря на победу в холодной войне у США хватало экономических проблем.

LUNOX, 1993

Высокая стоимость FLO породила проект, который всячески старался экономить деньги. У США нет сверхтяжелой ракеты? Но холодная война закончилась, и можно договориться с Россией, у которой есть «Энергия». А астронавтов можно запускать на модификации Спейс Шаттла, на котором вместо многоразового корабля можно поставить одноразовую ступень. Возить топливо на Луну очень дорого? Хорошо, привезем только водород, а кислород добудем на месте.

Предполагалось, что на «Энергии» будут запущены беспилотные компоненты:

А астронавты полетят на одноразовой модификации шаттла:

Но на случай аварий или задержек компоненты системы проектировались универсальными и могли стартовать на любой из двух ракет-носителей.

Сначала на Луну прилетали реактор и кислородный завод. Вторым рейсом отправлялся набор из шести автоматов — два «харвестера» собирали грунт, два «танкера» перевозили кислород, а два «грузчика» должны были использоваться для работы с тяжелыми грузами. А следующими рейсами прибывали два ровера, центральный узел станции, мобильные источники энергии, научное оборудование, расходные материалы и запчасти.

Работает кислородный завод, на первом плане слева «харвестер», справа «танкер»

После шести беспилотных пусков «Энергии»/«Шаттла-С» на Луну должны были отправиться сначала 2 человека на две недели — собирать базу. Полностью собранная база затем могла принимать экспедиции из 4 человек длительностью до 45 дней. Припасы для каждой экспедиции требовали отдельного беспилотного пуска.

Собранная база

Два ровера с мобильными источниками энергии могли уходить в экспедиции на сотни километров. А после 45 дней пилотируемый модуль дозаправлялся десятью тоннами добытого из грунта кислорода и отправлялся к Земле:

Но в 1993 году NASA уже переориентировалось на строительство МКС и планы по полетам на Марс.

Early Lunar Access (ELA), 1993

Желание еще больше снизить стоимость лунных миссий привело к проекту ELA, где максимально использовались существующие наработки. Сначала ракета «Ариан-5» или «Титан-IV» выводила на орбиту разгонный блок «Центавр». Затем пилотируемый модуль на базе «Аполлона» выводился на орбиту Спейс Шаттлом, стыковался с разгонным блоком и отправлялся к Луне.

Стыковка с разгонным блоком на земной орбите

LANTR, 1994

Для перелета к Луне, посадки на ее поверхность, старта и возврата на Землю требуется очень много топлива. Желание снизить объемы топлива на каждую миссию породило интересный проект LANTR — для рейсов «орбита Земли — орбита Луны» предполагалось использовать ядерный буксир и пилотируемый аппарат, который между полетами базировался бы на МКС. А для рейсов «орбита Луны — поверхность — орбита» — шаттл на химических двигателях, водород для которых привозился бы с Земли на ядерном шаттле, а кислород добывался бы из лунного грунта.

Старт ядерного шаттла с земной орбиты

«Маус» по-русски

«Лихие девяностые» не могли полностью заглушить мечты о космосе. А удобство мобильности базы «Звезда» отечественным разработчикам терять не хотелось. В результате в 93-95 годах конструктор И.А. Козлов и астроном В.В. Шевченко, работавшие в Государственном астрономическом институте им. Штернберга, разработали проект полностью мобильной базы. На трех опорах с гусеничным приводом располагались три цилиндра диаметром 5 м и высотой 7 м. Конструкция должна была собираться на орбите и садиться на Луну целиком. Затем, для защиты от космических лучей пространство между цилиндрами заполнялось лунным грунтом. Оставалось дождаться лунного корабля с экипажем, и «лунный супертанк» мог отправляться в путь.

Кстати, сверху расположены не солнечные батареи. Недалеко от мобильной базы должен был ехать ядерный реактор и передавать 100 кВт мощности в микроволновом диапазоне. Конструкция сверху, т.н. «ректенна», выступала антенной и приемником этого излучения.

Дежавю

В 2004 году президентом Джорджем Бушем (теперь уже младшим) была анонсирована программа возвращения на Луну. В рамках программы «Созвездие» было рассмотрено множество вариантов лунных миссий, которые опирались на интересные технологические решения. Например, модули базы могли грузиться на специальные шестиногие колесные шасси и перевозиться на них:

А на переднем плане показаны два ровера LER (Lunar Electric Rover), прототип которого был построен в натуральную величину, был испытан на Земле и даже сейчас развлекает эффектными кадрами.

Но в 2010 году президент Обама закрыл программу «Созвездие», и сейчас NASA, как и 20 лет назад, нацеливается на Марс.

Частная инициатива

Интересный проект появился в последние годы в России. Проект «Луна семь» компании Лин Индастриал предполагает использование существующих отечественных наработок. В качестве пилотируемого корабля предполагается использовать освоенный «Союз» (в последнее время появилась идея использовать ТКС, который в 80-х годах летал в грузовом варианте), разгонный блок делать на базе «Фрегата», а запускать это «Ангарой». В качестве цели названа гора Малаперт в районе южного полюса Луны. Там можно будет обойтись без атомного реактора, одними солнечными батареями, а на дне кратеров должна быть вода. Интересным решением является защита от излучения и метеоритов — модули не засыпают грунтом непосредственно, а ставят над ними крышу, которую уже покрывают грунтом. Такая схема позволит перестраивать базу без проблем с откапыванием модулей.

На переднем плане слева пилотируемый аппарат, справа — танкер с топливом на обратную дорогу. На заднем плане видны модули базы и солнечная электростанция

Кадр из презентации со схемой базы
 

Новые технологии

Новый директор Европейского космического агентства Йохан-Дитрих Вернер известен как сторонник идеи лунной базы. Любопытно и символично, что существующий проект ЕКА в чем-то повторяет проект 1986 года. Снова предлагается использовать надувной модуль, но на смену лунному бетону пришел 3D принтер — ровер будет печатать пористую основу и заполнять ее собранным лунным грунтом. На постройку внешнего покрытия, как предполагается, потребуется порядка трех месяцев. Видео иллюстрирует идею и понятно без перевода:

Возвращение на Луну — дело небыстрое, технологии не стоят на месте, думаю, мы увидим еще немало интересных идей для лунных баз.

источник: