Вторая лунная гонка: конкуренция за территории и ресурсы

Человек пытается вернуться на Луну после более чем полувекового перерыва. На этот раз с более амбициозными планами ― не разовыми миссиями, а со строительством обитаемых или регулярно посещаемых баз. О таких планах заявляли космические агентства США, европейских стран, Китая и России, а также Южной Кореи. Но места всем может не хватить ― подходящих для колонизации участков, по крайней мере на ранних этапах, меньше десяти.

Освоение Луны предполагает большее, чем исключительно ее исследования, пусть даже с постоянным пребыванием человека. Естественный спутник Земли ― это потенциальная стартовая площадка для космических кораблей. Без добычи и переработки местных ресурсов, создания научных станций, строительства инфраструктуры невозможно освоить космос даже в пределах Солнечной системы, отметил в разговоре с корреспондентом «Научной России» ведущий научный сотрудник Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН Евгений Николаевич Слюта. В последние годы ученый изучает лунные ресурсы по данным искусственных спутников и разрабатывает аппаратуру для геолого-геохимических и геофизических исследований космических тел.

«Гравитационный колодец Земли сильно ограничивает возможности запуска ракет и, соответственно, углубленного исследования ближайших небесных тел и тем более дальнего космоса. Луна же ― это уникальный объект, который дан человечеству природой для выхода в космос: помогают и гравитация, которая слабее земной в шесть раз, и отсутствие атмосферы, и вполне достаточное количество ценных ресурсов для начального развития. Разумеется, все ключевые технологии, необходимые для освоения планет Солнечной системы, будут проверяться на поверхности Луны», ― сказал Е.Н. Слюта.

Два вида лунных ресурсов

Космическими, или внеземными, ресурсами называют природные объекты, явления и области, расположенные в космическом пространстве за пределами атмосферы Земли, потенциально доступные и представляющие ценность с точки зрения их изучения, использования и освоения. Такое краткое неофициальное определение привел Е.Н. Слюта. Эти ресурсы разделяют на две категории.

К первой относят сырье, материалы и элементы, которые востребованы на Земле, а их добыча и транспортировка экономически целесообразна. На Луне пока таких ресурсов нет. Редкоземельных металлов и элементов, например, хватит на Земле как минимум на ближайшие сотни лет. Разрабатывать технологии их внеземной добычи и переработки, строить космические корабли, собирать на Луне заводы и перевозить сырье на Землю просто невыгодно. Относительный интерес вызывает только гелий-3 — стабильный изотоп гелия, необходимый для охлаждающих систем квантовых компьютеров. На Земле гелия-3 практически нет, и получают его при распаде искусственно синтезированного трития. Но в лунном реголите этого изотопа достаточно, и компании уже инвестируют в разработку технологий, которые позволят доставлять гелий-3 на Землю.

Вторая категория ресурсов для освоения Луны интереснее. Это все, что можно использовать на месте: солнечный свет для генерации энергии, летучие компоненты, в том числе вода, сам лунный грунт в качестве строительного и защитного материала. Технологии, которые позволят добывать и использовать на месте летучие компоненты и реголит, Е.Н. Слюта называет ключевыми в освоении Луны.

«Использование местных ресурсов ― единственный экономически целесообразный путь освоения Луны. То же самое происходило, когда человек приходил на необитаемые и труднодоступные территории на Земле, например в Сибирь и Арктику: освоение всегда шло с учетом использования местных ресурсов. Особо ценные ресурсы, которые необходимы уже на самом начальном этапе, ― это газы и вода. Например, длительность экспедиций по программе “Аполлон” зависела от запасов воды и кислорода, которые астронавты брали с собой. Поэтому если мы планируем присутствовать на поверхности Луны, то должны найти способ обеспечивать себя летучими компонентами на месте. Еще в конце прошлого века ученые подсчитали: для годового обеспечения человека их надо не так много, порядка 800–900 кг.

А основным строительным материалом может быть только лунный грунт. Это материал с уникальными теплозащитными, физико-механическими и радиационно-защитными свойствами. На Земле его аналогов нет, более того, полный аналог невозможно создать искусственно. Можно произвести материал, соотносящийся только с отдельными свойствами, например физико-механическими для тестирования космической техники. Такие работы мы проводили в ГЕОХИ РАН. Одного метра лунного грунта достаточно, чтобы полностью теплоизолировать постройку на Луне от суточной разницы температур на поверхности, достигающей 300 °C, и снизить степень космической радиации в ней до относительно безопасного для космонавтов уровня. А двух-трех метров лунного грунта хватит для безопасного нахождения человека на Луне в течение десятилетий», ― рассказал Е.Н. Слюта.

В апреле 2020 г. во время первого президентского срока Дональд Трамп объявил, что США не рассматривают космическое пространство в качестве всеобщего достояния и не признают Соглашение о деятельности государств на Луне и других небесных телах (1979), которое провозглашает, что Луна и ее природные ресурсы — общее наследие человечества. Фактически объявлена коммерческая гонка за лунные ресурсы ― стимул для частных компаний развивать необходимые для жизни на Луне технологии.

На Луне мало места для человека

При этом самым редким на Луне ресурсом остается не кислород или вода, а подходящая для строительства базы территория. Несмотря на общую площадь поверхности около 38 млн км², что сравнимо с совместной площадью Северной и Южной Америки, пригодных участков, которые отвечают комплексу требований, только по три-четыре на каждом из полюсов.

«Долгое время ученые полагали, что на Луне хватит места всем. Но буквально в последнее десятилетие были определены условия, которым должны соответствовать площадки для удобного размещения станций, обитаемых лунных баз и полигонов, ― отметил Е.Н. Слюта. — Прежде всего, для безопасного размещения необходимой инфраструктуры нужен достаточно большой и плоский участок ― около 100 км², или примерно 10 × 10 км: так объекты можно разместить безопасно, но в пределах одного рабочего выхода (рабочего дня) от главной жилой зоны. Дело в том, что при посадке на Луну частицы реголита разлетаются от ракетного выхлопа по баллистической траектории. Безопасным считается расстояние в пределах теоретического горизонта на Луне ― это около 2,4 км. Соответственно, вся жилая, научная и сырьевая инфраструктура должна быть за пределами этого радиуса».

В то же время и научная станция должна располагаться на значительном удалении от жилых модулей, энергетического и добывающего комплексов: опыт экспедиций по программе «Аполлон» показал, что присутствие человека, космического корабля и систем жизнеобеспечения неподалеку от чувствительных научных приборов сильно снижает качество данных. В окрестностях базы также должна быть доминирующая возвышенность для установки ретранслятора, обеспечивающего непрерывную связь с Землей, а также участки с достаточным количеством легко добываемых летучих компонентов, прежде всего водяного льда.

Требований действительно много, и все они должны быть соблюдены на участке в районе северного или южного (что предпочтительнее из-за особенностей рельефа) полюса Луны ― в отдельных зонах полярных областей соотношение дня и ночи может достигать девяти к одному, а значит, энергия от солнечных батарей будет поступать регулярно. Кроме того, температура поверхности в освещаемых зонах полюсов более или менее приближена к земной и может достигать −50–90 ^оC.

«Ведущие космические державы заинтересованы в развертывании своей инфраструктуры в области неподалеку от южного полюса Луны. Но подходящих участков мало, к тому же есть один идеальный и ряд менее удачных. Государство, которое займет его, обеспечит себе стратегическое преимущество, причем навсегда: оптимальное размещение инфраструктуры значительно снижает расходы на ее обслуживание и логистику. Поэтому территория остается главным ресурсом и основной причиной существующей лунной гонки», — подытожил Е.Н. Слюта.

Россия в лунной гонке

В космической программе Российской Федерации на ближайшее десятилетие пилотируемые полеты к Луне не предусмотрены. В одном из разговоров с корреспондентом «Научной России» научный руководитель ИКИ РАН академик Лев Матвеевич Зеленый оценивал существующую ситуацию как продолжение лунного противостояния США и СССР во второй половине ХХ в.: тогда остро стоял вопрос, кто должен быть лидером в освоении космоса ― человек или робот. Научные результаты, полученные американскими астронавтами и отечественными автоматами, Л.М. Зеленый называл соизмеримыми.

Сейчас эта гонка продолжается, но на новом технологическом уровне. При этом сам человек и сложности его пребывания в космосе остались прежними, но за полвека, прошедшие с последней высадки, значительно выросли технические возможности. Ученые ГЕОХИ РАН разработали проект трех луноходов различных классов (каждый с собственными задачами), которые планируют запустить в последующих миссиях. Фактически это методика геологической съемки и разведки, которая хорошо отработана Земле.

Первый из луноходов, тяжелый робот-геолог, в соответствии с проектом способен пройти более 500 км, по пути собирая образцы и геофизическую информацию. Материалы затем планируют вернуть на Землю: это позволит привязать к местности те или иные ресурсы и создать карту распределения различных типов пород на Луне. Такую информацию Е.Н. Слюта называет бесценной, а пилотируемый полет на Луну, даже если единственной целью будет доставка образцов (без дополнительных исследований), ― уже целесообразным. Тяжелый луноход-геолог могут отправить на Луну через десять лет: президент РАН Геннадий Яковлевич Красников ранее рассказывал, что доставка робота планируется в рамках миссии «Луна-30», запланированной на 2036 г.

Другой проект ГЕОХИ РАН ― это средний робот для поисково-разведочных работ, одной из задач которого станет исследование распределения, концентрации и химического состава летучих компонентов лунных ресурсов. Такой тип лунохода планируется доставить на Луну уже в 2034–2035 гг., то есть гораздо раньше тяжелого лунохода. Третий проект ― малый луноход-геофизик для детального изучения потенциальной площадки лунной базы, создание которой планируется в более отдаленной перспективе.

Изображение на главной странице: ru.123rf.com / solerf