Идеи о строительстве на Луне обитаемой базы через пару десятков лет могут стать реальностью. Фокус разобрался, где разместить лунную базу, раздобыть воздух и воду, как вырастить в космосе овощи и для чего этот проект нужен
Легендам о жизни на Луне тысячи лет. Сегодня человечество все ближе к тому, чтобы превратить эту фантазию в реальность. Космические агентства и частные компании со всего мира все смелее озвучивают идеи строительства лунной базы, которая откроет перед человечеством колоссальные возможности. Здесь можно будет проводить неосуществимые в условиях родной планеты исследования, добывать полезные ископаемые и отправлять экспедиции в глубокий космос. Но сперва ее нужно построить.
С видом на лед: американский проект лунной базы
Для строительства дома важно правильно подобрать место, тем более если речь идет о Луне. Когда в 1968 году NASA выбирало оптимальную площадку для высадки астронавтов, то искало ровный участок с хорошим освещением, посадка и взлет с которого потребовали бы как можно меньше топлива. Для гостевых визитов на день-другой этого, может, и достаточно, но с постоянной обитаемой базой на Луне все гораздо сложнее.
Будущим обитателям первого лунного жилища понадобятся вода, кислород и энергия. Все это найти на Луне можно, но не везде. Водяной лед сосредоточен на полюсах спутника. Он прячется в кратерах, куда не попадают солнечные лучи, благодаря чему лед не испаряется. Так что именно эти регионы лучше всего подходят для строительства базы. На Южном полюсе участков со льдом больше, чем на Северном, а значит, для строительства станции он выглядит самым привлекательным.
И это не единственный аргумент. Вопреки расхожему заблуждению, у Луны нет стороны, куда не попадал бы солнечный свет. Так что станция будет периодически погружаться в темноту ночи, длящейся здесь около 14 земных суток. Проблема не только в космическом холоде, который может достигать -173°C. Все это время база будет отрезана от очевидного источника энергии — Солнца.
Однако на Южном полюсе Луны есть участки, которые солнечный свет не покидает гораздо дольше двух недель. Например, в районе кратера Шеклтон встречаются места, получающие более 200 земных суток постоянной подсветки в год.
Помимо воды и хорошего освещения в пользу размещения лунной базы на Южном полюсе говорит и то, что это место довольно хорошо изучено. Как минимум специалистами NASA, чей зонд Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) вот уже 10 лет находится на орбите Луны, и ближе всего к ней он подходит именно тогда, когда приближается к данному региону. "Мы нанесли на карту каждый квадратный метр, даже зоны, находящиеся в постоянной тени", — говорит Ноа Петро, исследователь из проекта LRO.
В ближайшем будущем мы узнаем о Южном полюсе Луны еще больше. В 2022 году NASA отправит туда луноход VIPER, задача которого — вблизи оценить, где и в каких количествах расположен водяной лед, а также взять его образцы. И уже в 2024-м NASA собирается доставить на Южный полюс Луны людей.
С прицелом на Марс: для чего может понадобиться лунная база
Разведка точных запасов лунного льда — ключевая задача исследователей перед началом проектирования лунной базы. На Луне это будет самый важный ресурс. Изо льда можно получать воду и кислород.
По оценкам Всемирной организации здравоохранения, для питья и гигиены человеку нужно 50 л воды в день, или 18,2 кубометра в год. Если руководствоваться этими цифрами, выходит, что база на пять человек будет потреблять в год около 100 кубометров воды. А ведь вода нужна не только для питья.
Возможно, мясо и некоторые другие продукты питания жителям лунной базы будут доставлять с Земли, но овощи можно выращивать на месте.
Не так давно голландские ученые выяснили, что даже бедная лунная почва при должном удобрении может давать урожай. Им удалось вырастить на ней помидоры, горошек, редис, салат и еще пять видов сельскохозяйственных культур. Конечно, они использовали не настоящий лунный грунт, а его земной аналог, сделанный из взятых на гавайских вулканах и в аризонской пустыне образцов. Да и эксперимент не учитывал всех условий, в которых растениям придется выживать на Луне, но он показал: потенциал у внеземного овощеводства имеется.
Получать кислород на Луне можно из запасов льда или прямо из грунта — реголита
А даже если разбить лунные огороды не получится, астронавты всегда могут прибегнуть к гидропонике или аэропонике. Оба способа позволяют выращивать растения вообще без почвы. В первом случае они растут в питательном растворе, а к корням подается вода. Во втором — буквально висят в воздухе, а жизнь в них поддерживает питательный аэрозоль.
Вне зависимости от того, какой метод применят на Луне, воды понадобится много. Даже если ее, как сейчас на Международной космической станции (МКС), будут использовать повторно, очищая даже пот и мочу астронавтов.
Вода понадобится и для других нужд. Путем электролиза из нее можно получить кислород и водород. Кислород можно извлечь и из другого источника, находящегося буквально под ногами. Лунный грунт, реголит, на 43% состоит именно из кислорода. Однако процесс получения кислорода из этого материала энергозатратный. Для этого нужны высокие температуры (порядка 900°C) и добавление водорода. В результате образуется все та же вода. В свою очередь, нагрев водяной пар до высоких температур, можно получить водородно-кислородную смесь.
Жителям лунной базы придется освоить один из этих методов. И не только чтобы было чем дышать. Из этих же элементов можно получать топливо для космических аппаратов. Например, новый лунный модуль Blue Moon компании Blue Origin работает именно на смеси жидкого водорода и кислорода.
Возможность получать топливо непосредственно на Луне облегчит дальнейшее продвижение человека в космос. Сила тяжести здесь в шесть раз меньше, чем на Земле, — 1,62 м/с². Это означает, что стартующему с Луны космическому аппарату нужно куда меньше топлива и он сможет взять больше полезной нагрузки. Так, по оценкам ученых из Массачусетского технологического института, массу корабля, летящего на Марс, можно снизить на 68%, если у него будет возможность заехать на лунную заправку.
Да и регулярное транспортное сообщение между спутником и Землей не помешает, так как обитателям лунной станции вредно находиться на ней слишком долго. Из-за низкой силы тяжести долгосрочное пребывание на Луне чревато потерей костной массы и атрофированием мышц.
Не стоит забывать и о нагрузке на психику, которую может оказывать длительное пребывание в небольшом коллективе. Еще в 1960-х годах, когда американцы впервые задумались о создании базы на Луне, они планировали обустроить там изоляционную камеру на случай нервных срывов у персонала. Так что периодически летать домой астронавтам, скорее всего, придется, и лучше, чтобы топливо для этого всегда было под рукой.
Розетка по имени Солнце: энергообеспечение лунной базы
Однако вернемся ко льду. На Луне он будет куда более ценным ресурсом, чем золото, но чтобы добывать его и получать воду, понадобится энергия. Самый очевидный ее источник — наша звезда. По крайней мере МКС энергии Солнца более чем достаточно для обеспечения всех потребностей.
Солнечные батареи МКС могут выдавать до 120 кВт — такой мощности на Земле хватило бы, чтобы обеспечить электроэнергией более 40 домов. Когда МКС находится под солнечными лучами, 60% электроэнергии идет на зарядку ее батарей. Именно они питают системы, когда станция оказывается в тени Земли.
Примерно по такой же схеме можно обеспечивать работу лунной базы: накапливать энергию, пока она будет находиться под лучами Солнца, и переключаться на батареи в темную пору.
Производить электричество на Луне можно и другими способами. "Воду, которая есть на Луне, можно разделять, а затем рекомбинировать лунной ночью для производства электроэнергии", — говорит в комментарии BBC Эйдан Коули, научный советник Европейского космического агентства. Попросту говоря, речь идет о том, чтобы избыток получаемой солнечными батареями энергии использовать для разделения воды на составляющие ее элементы. А затем сжигать водород, вновь получая энергию. Эдакий водный аккумулятор.
По мнению британских физиков Йена Уиттакера и Гарета Дорриана, в ход можно пустить и радиоизотопные термоэлектрогенераторы, в просторечии "ядерные батарейки", наподобие той, что спасла жизнь главному герою романа "Марсианин" Марку Уотни. Впрочем, такие девайсы используют не только герои фантастических книг. К примеру, на ядерных батарейках сейчас работают маяки и метеостанции в Арктике. "У каждого потенциального источника энергии свои преимущества и недостатки, но солнечные панели — лучший вариант, если получится разместить их в правильном месте", — полагают Уиттакер и Дорриан.
ВНЕЗЕМНАЯ АРХИТЕКТУРА. Части лунной базы будут напоминать иглу — жилища эскимосов куполообразной формы
Кирпичный заводик vs. советский проект лунной базы
Поняв, где разместить лунную базу и как поддерживать на ней жизнь, впору заняться ответом на главный вопрос: как, собственно, ее построить. "Хотя немногие космические агентства поделились деталями своих планов, мы можем предполагать, что первые лунные базы построят на Земле, а затем их доставят на спутник, чтобы ими можно было сразу пользоваться", — считают Уиттакер и Дорриан.
Примерно такую концепцию в 1960-х годах предложили в СССР. Инженеры КБ "Спецмаш" планировали отправить на Луну мобильную станцию, прозванную поездом, а следом за ней — еще девять модулей, которые образовали бы вместе с ней жилую базу. Однако проект "Звезда" так и не реализовали из-за поистине астрономической стоимости, составившей десятки миллиардов рублей.
Из-за логистических затрат подобный подход можно расценивать лишь как первый шаг в покорении Луны. Доставка грузов с Земли окажется куда более затратной, чем строительство на месте с использованием ресурсов спутника. Речь идет прежде всего о реголите, и не только потому, что его на Луне в избытке. Природный материал можно использовать для защиты помещений базы от солнечной радиации, в которой "купается" не имеющий атмосферы спутник, а также в качестве теплоизоляционного материала.
КАРТИНЫ БУДУЩЕГО. Художественное видение лунной базы "Звезда"
Ученые собираются наладить производство из реголита банальных кирпичей. Например, над этим сейчас работают исследователи из Кельнского университета и Германского центра авиации и космонавтики. Используя лазеры и земной заменитель реголита, подобный тому, в котором голландские ученые выращивали овощи, они получили материал, применяемый для 3D-печати строительных блоков.
Даже бедная лунная почва при должном удобрении может давать урожай
В разговоре с BBC профессор Матиас Сперл, работающий над этим проектом, рассказал, что из таких блоков можно собирать некое подобие иглу (жилище эскимосов куполообразной формы), а затем присыпать его чистым реголитом для защиты от радиации. На Луне "кирпичный завод" построить еще проще, чем на Земле. Переплавлять реголит в блоки там можно при помощи сфокусированного линзами солнечного света, без использования энергозатратных лазеров, а затем поручать сборку зданий роботам.
Впрочем, эта технология пока не лишена недостатков. Во-первых, лунные кирпичи получаются не такими крепкими, как бетон. По прочности они сопоставимы с гипсом. Во-вторых, производство одного кирпича занимает примерно пять часов, а на строительство иглу, по оценкам Сперла, потребуется около 10 тыс. блоков. "На их создание уйдут месяцы", — говорит ученый.
Лунные технологии еще нуждаются в совершенствовании перед воплощением в реальность. Но сегодня, в отличие от предков, мы не слагаем легенд о жизни на спутнике, а придумываем, как лучше там устроиться. А значит, время, когда это станет реальностью, близко.