Лунная гонка продолжается!

Сегодня ученые многих стран мира убеждены в том, что человечество находится на том этапе своего развития, который в состоянии обеспечить превращение Луны в космический форпост цивилизации. Для этого ведущие страны мира располагают всем необходимым: многочисленными космодромами, луноходами, возвращаемыми на Землю модулями и ракетами-носителями тяжелого класса.

Двумя основными вопросами Лунной программы в современной ее реинкарнации являются следующие вопросы: для чего землянам нужна Луна, и какие именно технологии помогут человечеству ее колонизировать? Ответ на эти вопросы сегодня ищут ученые многих стран мира. Интерес к единственному естественному спутнику Земли проявляют сегодня Россия, США, страны Евросоюза, Китай, Индия и Япония. О Луне вновь вспомнили в 2004 году, когда американский президент Джордж Буш младший объявил о возобновлении лунной программы. Позднее уже в 2007 и 2013 годах орбитальный и посадочный модули к Луне отправил Китай. А в 2014 году планы по освоению Луны озвучил и Дмитрий Рогозин, занимающий пост вице-премьера российского правительства.

В середине 70-х годов прошлого века считалось, что летать к Луне очень дорого, к тому же не совсем понятно было, для чего это нужно. Сегодня Луна вновь становится актуальной и ученые всего мира, кажется, находят ответы, для чего необходимо возобновление лунных программ. Несмотря на то, что политическая мотивация освоения Луны теперь отсутствует, появились новые стимулы. К примеру, актуализация лунных программ после более чем полувекового забвения может быть связана с высоким технологическим уровнем сегодняшней цивилизации, которой необходимы действительно амбициозные цели для дальнейшего развития. Также этот процесс можно связать с развитием и перспективами частной космонавтики. Сегодня в арсенале мировой космической отрасли имеется все необходимое, чтобы «покорить» Луну, осталось лишь точно определиться с целями и задачами лунных программ.

У российской космической отрасли имеется огромный опыт лунных стартов, который ранее был накоплен советскими инженерами и учеными. Советские аппараты первыми совершили мягкую посадку на Луне, сфотографировали обратную сторону естественного спутника Земли и взяли образцы грунта-реголита. Первый в мире планетоход, успешно работавший на поверхности небесного тела, широко известный как «Луноход-1», также заслуга советской космонавтики. Луноход работал на поверхности спутника с 17 ноября 1970 по 14 сентября 1971 года.

Луноход-1

Сегодня пилотируемые полеты на Луну вновь включены в основы государственной политики, сообщает РИА Новости. В рамках федеральной космической программы на 2016-2025 годы разрабатывался проект «Луна-Глоб», который предполагает запуск к естественному спутнику Земли серии автоматических станций. Реализацией данного проекта занимается сегодня НПО имени Лавочкина. Президент Российской Федерации Владимир Путин, посетив 12 апреля 2018 года новый павильон «Космос» на ВДНХ, отметил, что лунная программа страны будет реализована.

Ближайшие планы российской лунной программы

На первом этапе реализации российской лунной программы предусматривается запуск к Луне пяти автоматических станций в 2019-2025 годах. Все запуски планируется выполнять с нового космодрома «Восточный». Изучение Луны автоматическими станциями подразумевает выбор площадки для расширения присутствия человека на естественном спутнике Земли. Полученная информация о необходимых ресурсах должна будет помочь определиться с местом размещения лунной базы.

На первом этапе реализации российской лунной программы поставлены следующие научные задачи: исследование состава вещества и происходящих физических процессов на полюсах Луны; исследование свойств экзосферы и процессов взаимодействия космической плазмы с поверхностью на лунных полюсах; исследование внутреннего строения естественного спутника Земли с использованием методов глобальной сейсмометрии; исследование космических лучей сверхвысоких энергий.

В настоящее время ближайшие планы России по изучению Луны с помощью автоматических станций выглядят следующим образом:

2019 год – запуск космического аппарата Луна-25. Миссия – изучение поверхности Луны в районе Южного полюса.
2022 год – запуск космического аппарата Луна-26. Миссия – дистанционное изучение Луны, обеспечение связи для последующих лунных миссий.
2023 год – запуск 3 и 4 аппаратов «Луна-27» (основной и резервный посадочный зонды). Миссия – отработка технологий создания на лунной поверхности постоянно действующей базы, изучение реголита и экзосферы Луны.
2025 года – запуск аппарата «Луна-28». Миссия – доставка на поверхность Земли термостатированных образцов лунного грунта, которые будут добыты предыдущими автоматическими станциями, в образцах могут находиться кристаллы льда.

Как можно использовать Луну

Многие ученые считают, что космическая экспансия станет логичным этапом дальнейшего развития человечества. Рано или поздно наша цивилизация дойдет до такой стадии, когда ей станет тесно на нашей планете и появится необходимость в перевалочной базе на Луне, откуда можно будет удобно стартовать к Марсу или иным планетам Солнечной системы.

Особые надежды эксперты связывают с возможностью добычи на Луне различных полезных ископаемых, выделяя из всех – гелий-3. Данное вещество уже называют энергией будущего и главным сокровищем Луны. В перспективе его можно будет использовать в качестве топлива для термоядерной энергетики. Гипотетически, при термоядерном синтезе с реакцией одной тонны вещества гелий-3 и 0,67 тонны дейтерия должна высвобождаться энергия, эквивалентная сгоранию 15 миллионов тонн нефти (но в настоящее время не изучена техническая возможность осуществления такой реакции). Это без учета того, что гелий-3 на лунной поверхности придется каким-то образом добывать. А сделать это будет не просто, так как согласно исследованиям содержания гелия-3 в лунном реголите составляет порядка одного грамма на 100 тонн лунного грунта. Поэтому для добычи тонны данного изотопа необходимо будет переработать на месте не менее 100 миллионов тонн лунного грунта. Однако в случае, если все проблемы с его добычей и использованием удастся решить, гелий-3 сможет обеспечить энергией все человечество на тысячелетия вперед. Для ученых интерес представляют и запасы воды, которые также содержатся в лунном грунте.

Научный потенциал Луны в настоящее время все еще не исчерпан. Специалисты до сих пор не знают, как именно образовался спутник Земли и ответ на этот вопрос, очевидно, находится не на нашей планете. Также Луна представляется отличной площадкой для проведения астрофизических наблюдений, так как на естественном спутнике нашей планеты отсутствует атмосфера. Технически установить на ее поверхности телескопы можно уже сейчас. Также с Луны будет удобнее следить за астероидами, которые могут представлять серьезную опасность для Земли. А в самом отдаленном будущем человечество сможет задуматься о том, чтобы перенести на Луну все энергоемкие производства, что поможет существенно сократить объем промышленных выбросов на нашей планете.

Сверхтяжелые ракеты-носители.

В настоящее время вопрос необходимости сверхтяжелых ракет-носителей для полетов к Луне остается дискуссионным. Кто-то полагает, что без ракет, способных нести до 80-120 тонн полезной нагрузки, не обойтись, а кто-то наоборот считает подход создания таких ракет нерациональным, обосновывая это дорогой эксплуатацией и содержанием необходимой инфраструктуры. В любом случае, мировая космонавтика может обеспечить создание подобных ракет. Опыта в их разработке хватает: это и советские ракеты-носители «Н-1», «Энергия», «Вулкан» и американские «Saturn-5», «Ares V».

Ракета «Энергия» с космическим кораблем «Буран»

В настоящее время в США работают над двумя проектами таких ракет – Space Launch System, запуск которой отложен и успешно прошедшей испытания частной ракетой Falcon Heavy. В КНР работают над созданием своей сверхтяжелой ракеты «Великий поход – 9», рассчитанной сразу на 130 тонн полезной нагрузки. В России прошли испытания ракет семейства «Ангара» и ведутся работы над сверхтяжелой ракетой «Энергия-5». Недостатка в космодромах для использования сверхтяжелых ракет-носителей на Земле в настоящее время нет: Байконур, Восточный, Куру во Французской Гвиане и Ванденберг во Флориде, 4 космодрома в КНР.

Планируется, что первый пуск новой российской сверхтяжелой ракеты-носителя «Энергия-5» состоится не раньше 2028 года, а стартовый комплекс для нее на космодроме «Восточный» будет готов в 2027 году. Об этом ранее сообщало агентство ТАСС со ссылкой на собственные источники в ракетно-космической отрасли. Стартовый стол для новой российской ракеты будет построен по принципам, реализованным для советской ракеты-носителя «Энергия» на Байконуре (площадка №250). Сообщается, что это будет универсальный стартовый комплекс, с которого смогут также стартовать ракеты-носители «Союз-5» среднего класса и соединения из двух, трех или пяти таких ракет (для достижения разной грузоподъемности). Именно принцип объединения пяти ракет и положен в основу новой российской ракеты сверхтяжелого класса «Энергия-5».

В настоящее время российские разработчики работают над созданием двух предлагаемых к реализации проектов ракет – «Энергия-5В-ПТК» и «Энергия-5ВР-ПТК» со стартовой массой 2368 и 2346 тонн. Оба варианта ракеты-носителя смогут выводить на низкую околоземную орбиту до 100 тонн грузов, а на окололунную орбиту до 20,5 тонн полезного груза – массу «лунной» версии разрабатываемого корабля «Федерация».

Предполагаемый вид стартового комплекса с ракетой Space Launch System

Согласно расчетам Роскосмоса разработка ракеты-носителя сверхтяжелого класса и создание для ее запуска необходимой инфраструктуры на космодроме Восточный обойдется примерно в 1,5 триллиона рублей. Также Роскосмос ранее заявлял о том, что до 2030 года торопиться с созданием таких ракет нет необходимости, так как для них просто нет полезных нагрузок. В то же время ранее в РКК «Энергия» заявляли о том, что создание новой российской сверхтяжелой ракеты будет в 1,5 раза дешевле, чем воспроизведение советской ракеты-носителя «Энергия», создание которой наряду с космическим кораблем «Буран» было самой масштабной программой в истории отечественного космического ракетостроения.

Станция на орбите и лунные базы.

В качестве промежуточных этапов освоения Луны рассматриваются проекты постройки на ее орбите обитаемых станций. О реализации подобных планов в период с 2025 по 2030 годы уже заявили Россия, США и Китай. Сомневаться в том, что данный проект будет реализован, не приходится. За плечами международного сообщества в настоящее время имеется богатый опыт успешной эксплуатации МКС. Ранее США и Россия договорились о совместной работе над международной окололунной обитаемой станцией Deep Space Gateway. Над проектом также работают ЕС, Канада и Япония. Возможно участие в программе и стран БРИКС. Россия в рамках этого проекта может создать от одного до трех модулей для новой станции: шлюзовой и жилые модули.

Следующим этапом после создания окололунной обитаемой станции могло бы быть создание лунных обитаемых баз. На естественном спутнике Земли нет магнитного поля и атмосферы, при этом поверхность Луны непрерывно бомбардируют микрометеориты, а перепады температур за одни сутки достигают 400 градусов Цельсия. Все это делает Луну не самым дружелюбным для человека местом. Работать на ее поверхности можно лишь в скафандрах и герметичных луноходах, либо находясь внутри стационарного обитаемого модуля, оснащенного полной системой жизнеобеспечения. Развертывать подобный модуль будет удобнее всего в районе Южного полюса нашего спутника. Здесь всегда светло и меньше колебания температур. Планируется, что на первом этапе сборкой жилого модуля будут заниматься роботы. После того, как пилотируемые полеты на Луну будут в достаточной мере отработаны, строительство жилого лунного модуля расширится.

Концепция лунной базы.

Первые обитатели нашего спутника сначала развернут на его поверхности средства связи с орбитальной станцией и Землей, после чего приступят к запуску энергетических установок на топливных ячейках или гибких фотоэлементах. Необходимо будет проработать вопросы защиты лунной базы от солнечных вспышек и космического излучения. Для этого планируется покрыть ее метровым слоем реголита, к примеру, с помощью проведения направленных взрывов, так как доставлять на лунную поверхность самосвалы и экскаваторы имеет мало смысла. Вести строительные работы на Луне придется на основе совершенно других технологий: печатать конструкционные элементы на 3D-принтере; применять надувные модули; создавать композитные материалы из лунного грунта с помощью высокотемпературного синтеза и лазерного спекания.

В жилом лунном модуле будет развитая система снабжения питьевой водой и кислородом, будет создана растительная оранжерея. Ключевое значение будет уделено самообеспечению лунной базы. Только таким образом можно будет снизить количество отправляемых к Луне ракет с различными грузами. В настоящее время принципиальных препятствий для колонизации Луны человеком не существует, однако как в конечном итоге будет выглядеть первая обитаемая лунная база, будет зависеть от целей, для которых она будет предназначена.