Колонизация Луны Россией — применение надувных модулей

[править] Краткая история освоения околоземного Космоса

Впервые идею освоения Космоса и создания космических поселений высказал российский учёный Константин Циолковский в сборнике «Грёзы о Земле и небе» и в других работах[2].

Термин «космонавтика» был введён советским математиком Ари Штернфельдом[3]. Немецкий учёный в годы Второй Мировой войны Вернер фон Браун создал баллистические ракеты «V-2», которые были способны долетать из Нидерландов до городов Англии. После войны, Браун переехал в США, где продолжил работы по созданию ракет[4].

В 1957 году под руководством С.П. Королёва была создана первая в мире межконтинентальная баллистическая ракета «Р-7»[5], которая 4 октября 1957 году была использована для запуска первого в мире искусственного спутника Земли «Спутник-1». 12 апреля 1961 года был совершён первый полёт человека в Космос — полёт космонавта Юрия Гагарина на корабле «Восток-1»[6][7].

21 июля 1969 году, в рамках экспедиции «Аполлон-11», была произведена первая высадка человека на Луну — Нила Армстронга[8].

[править] Планы освоения ближнего Космоса и Луны

[править] Космический лифт

Проблема которая стоит перед освоением Луны и ближайших к Земле космических тел лежит, в первую очередь, как в дороговизне космических полётов, так и и в их малой грузоподъёмности. Не последнее значение имеет и загрязнение окружающей среды и проблема с «космическим мусором».

Для решения этой проблемы разрабатывается так называемый космический лифт, который бы осуществлял безракетное перемещение грузов в Космос[9].

По теории, космический лифт будет представлять собой трос (длиной в 100 тысяч км), который одним концом удерживается на поверхности Земли, а другим — в неподвижной над планетой точке выше геостационарной орбиты за счёт центробежной силы. По тросу будет подниматься подъёмник, несущий груз. При подъёме груз будет ускоряться за счёт вращения Земли (соответственно, никакой энергии тратить не придется), что позволит на большой высоте отправлять груз за пределы тяготения Земли[10].

На сегодняшний момент, однако, человечество далеко от реализации данного проекта из-за ряда технических сложностей[11].

[править] Освоение Луны

Создание на Луне космических баз будет способствовать ведению более глубокого исследования Космоса, позволит разрабатывать лунные ресурсы и создать перевалочную базу (трамплин) для дальнейшей экспансии в Космос[12].

Так, считается, что на поверхности Луны в приполярных регионах можно создать обсерватории, оснащённые оптическими и радиотелескопами, способными получить более детальные и чёткие изображения удалённых областей Вселенной, чем это возможно в обсерваториях на Земле; а также вести на Луне исследования космических лучей высоких энергий[13].

Изучение же самой Луны позволит больше узнать о происхождении и эволюции Земли и в целом Солнечной системы. А также поможет изучит вопрос о влиянии Луны на Землю[14].

На Луне обнаружены огромные запасы природных ресурсов — запасы железа, алюминия, титана[15] и изотопа гелий-3, который в перспективе может использоваться в качестве топлива для термоядерных реакторов. Термоядерный синтез может стать экологичнее ядерного. Гелия-3, необходимого для термоядерного синтеза[16], на Луне имеется около 1 миллиона тонн, этого хватит человечеству на 1 тысячу лет[17].

Так как Луна имеет массу, намного меньшую, чем у Земли, для выведения 1 кг полезного груза за пределы гравитационного поля Луны потребуется затратить в 20 раз меньше энергии, чем для той же операции на Земле. Таким образом, Луна может стать более дешёвой стартовой площадкой для ракет, осуществляющих более широкое освоения Космоса[18].

Луна может стать привлекательна для космических туристов[19].

На Луну можно будет переносить вредные производства и опасные отходы[20].

Для жизнедеятельности человека, на Луне может добываться вода[21][22], которая присутствует на ней в виде льда. Имея воду, теоретически можно создать условия для выращивания продуктов питания. Для энергообеспечения баз может использоваться солнечными батареями, которые, к тому же, можно изготовить из лунной пыли — реголита[23].

[править] Терраформирование Луны

В научной фантастике иногда можно встретить мнение о возможности так называемого терраформирования, то есть создания на Луне условий привычных для людей (атмосфера и т. д.).

Для этого предполагается бомбардировать спутник Земли астероидами, содержащими водно-аммиачные льды. Также, на Луну предполагается завести большое количество микроорганизмов — бактерий и водорослей для фотосинтеза.

Однако, по ряду причин терраформирование Луны вряд ли когда-либо будет осуществлено. Из-за низкой гравитации и отсутствия магнитосферы, созданная атмосфера будет улетучиваться в Космос. С другой стороны фундаментальные условия Луны изменить невозможно: медленное вращение вокруг оси, низкая гравитация (что вредно для человека)[24].

[править] Создание города между Луной и Землёй

Принстонская группая учёных под руководством Джерарда О’Нейла предложила создать между Луной и Землёй космическое поселение.

Проект был разработан на основе современных технологий, однако не был реализован ввиду того, что был очень затратен: стоимость проекта составляла, в ценах 70−80 годов 20 в., 100 миллиардов долларов.

По этому проекту, предполагалось за 10−15 лет в области «либрационной точки» системы Земля — Луна, то есть одной из двух точек, находящихся на лунной орбите и равноудаленных от центров Земли и Луны, построить космическую станцию диаметром в 1,5 км. Вращение этой станции обеспечит на ней искусственную силу тяжести, равную земной.

Население колонии (см. Колония О’Нейла) составило бы 10 тысяч человек. На ней можно было бы установить рефлекторы и передавать солнечную энергию на Землю, а также разместить на ней промышленные предприятия, нежелательные на Земле[25][26].

В 1975 году П. Паркер предложил проект создания космической колонии — удалённой на расстояние около 400 тысяч км от Земли и Луны и рассчитанного на 10 тысяч человек. Диаметр колонии будет составлять 100 м, длина — 1 км. Вращение вокруг продольной оси со скоростью 1 оборота за 21 секунду создаст в колонии гравитацию близкую к земной. П. Паркер предположил, что 98% материалов, необходимых для строительства этого космического объекта, можно будет добыть на Луне, для чего там необходимо создать колонию с населением примерно в 2 тысячи человек[27].

Какой должна быть колония на Луне

Самые холодные места на Земле и рядом не стоят близко к температуре лунной ночи — и создать базу, которая будет способна оградить поселенцев от такой температуры, очень нелегко. В течение многих десятилетий мысли о колонизации Луны волновали ученых и дальновидных людей. На экранах телевизоров и мониторов появлялись самые разные концепции лунных колоний. Возможно, лунная колония будет следующим логичным шагом для человечества. Это наш ближайший сосед по звездам, который находится в каких-то 383 000 километрах от нас, что упрощает поддержку ресурсами. Кроме того, на Луне в избытке гелия-3, идеального топлива для термоядерных реакторов, которого на Земле очень мало.

Маршрут для постоянной лунной колонии теоретически набрасывали разные космические программы. Китай выразил заинтересованность в размещении базы на обратной стороне Луны. В октябре 2020 года стало известно, что Европейское космическое агентство и Роскосмос планируют ряд миссий к Луне, чтобы оценить возможности для размещения постоянных поселений.

Тем не менее у нашего спутника есть ряд проблем. Один оборот Луна совершает за 28 земных дней, а лунная ночь длится 354 часа — больше 14 земных дней. Длинный ночной цикл означает существенный спад температур. Температура на экваторе варьируется от 116 градусов по Цельсию днем до -173 градусов ночью.

Лунная ночь будет короче, если разместить базу на Северном или Южном полюсе. «Есть много причин строить такую базу на полюсах, но необходимо учитывать и другие факторы, помимо часов солнечного света», говорит Эдмонд Троллоп, инженер по космическим операциям в Telespazio VEGA Deutschland. Как и на Земле, на полюсах может быть очень холодно.

На лунных полюсах Солнце будет перемещаться вдоль горизонта, а не по небу, поэтому придется выстраивать боковые панели (в форме стен), что усложнит строительство. Большая плоская база на экваторе собирала бы много тепла, но чтобы добраться до тепла на полюсе, придется строить вверх, а это непросто. «При разумно выбранном месте, разницу температур можно будет с легкостью контролировать», говорит Волкер Майвальд, ученый Немецкого аэрокосмического центра DLR.

Широкая вариативность температур в цикле дня и ночи означает, что придется обеспечивать лунные базы не только достаточной изоляцией от леденящего холода и жгучей жары, но и справляться с термическими напряжениями и тепловым расширением.

Первые роботизированные миссии на Луну, вроде советских миссий «Луна», были спроектированы прожить один лунный день (две земных недели). Посадочные модули миссий NASA Surveyor могли возобновить работу на следующий лунный день. Но урон, нанесенный компонентам во время ночи, зачастую не позволял получить научные данные.

Луноходы советской космической программы с одноименным названием, которая проводилась в конце 60–70-х годов, включала элементы радиоактивного нагрева с хитроумной системой вентиляции, что позволило аппаратам прожить до 11 месяцев. Луноходы впадали в спячку ночью и запускались с солнцем, когда становилась доступна солнечная энергия.

Один из вариантов избежать высоких тепловых колебаний — закопать здание в лунный реголит. Этот порошкообразный материал, который покрывает поверхность Луны, имеет низкую теплопроводность и высокую устойчивость к солнечной радиации. Это значит, что он обладает сильными теплоизолирующими качествами, и чем глубже колония, тем выше тепловая защита. Кроме того, поскольку база будет нагреваться, а тепло на Луне передается плохо из-за отсутствия атмосферы, это снизит дальнейшее термическое напряжение.

Тем не менее, хотя идея «закопать» колонию, в принципе, была принята успешно, на практике это будет невероятно сложной задачей. «Я пока не видел проекта, который мог бы с этим совладать, — говорит Волкер. — Предполагают, это будут роботизированные строительные машины, которыми можно будет управлять удаленно».

Другой метод, с помощью которого можно было достичь нужного результата, лежит в самой земле. Пенетраторы, способные пробить поверхность в процессе удара, уже предлагались (но в меньших масштабах) для нескольких лунных миссий, вроде японской Lunar-A и британского MoonLite (в настоящее время проект отложен, хотя идея посадки с проникновением была настолько убедительной, что ЕКА решило использовать ее для механизма быстрой доставки образцов для анализа с поверхности и подповерхности планеты или луны). Преимущество этой концепции в том, что база зарывается при столкновении, а значит подвергнется относительно умеренным термическим условиям прежде, чем будет защищена.

Тем не менее останется проблема с обеспечением энергией, поскольку типичный проект с проникновением предлагает лишь очень ограниченные возможности по использованию солнечной энергии. Есть также проблемы нагрузок высокого ускорения при столкновении и высокой точности, необходимая для наведения. «Силу столкновения, необходимую для зарывания структуры, будет очень трудно согласовать с необходимыми функциями пилотируемой базы», говорит Троллоп.

Альтернативой такому решению будет насыпать лунный реголит сверху на колонию, возможно, используя машины типа гидравлических экскаваторов. Но чтобы сделать это эффективно, придется работать быстро.

Если лунный реголит не получится насыпать на колонию, тогда над ней можно развернуть «шляпу» многослойной изоляции (MLI), которая предотвратит рассеивание тепла. Теплоизоляционные материалы MLI широко используются на космических аппаратах, защищая их от холода космоса.

Преимущество такого метода в том, что он позволяет использовать массивы солнечных батарей для сбора и хранения энергии в течение двухнедельного лунного дня. Но если будет собрано недостаточно энергии, придется учитывать и альтернативные методы генерации энергии.

Термоэлектрические генераторы могли бы обеспечивать колонию энергией в течение ночного цикла: при своей низкой эффективности они, впрочем, не имеют проблем с обслуживанием, поскольку не имеют движущихся частей. Радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ) предлагают большую эффективность и имеют очень компактный источник топлива. Но базу придется экранировать от радиации, при этом позволив ей передавать тепло. Логистика установки генератора со съемным радиоактивным изотопом кишит проблемами: риски будут на всем пути, от взлета с Земли до посадки на Луну, наряду с проблемами политики и безопасности.

Можно было бы использовать и реакторы ядерного деления, но с ними будет еще больше проблем, включая перечисленные выше.

А если будут разработаны термоядерные реакторы, их тоже можно будет использовать на Луне, учитывая избыток гелия-3. Также могут пригодиться батареи — вроде литий-ионных — при условии достаточной генерации солнечной энергии за две недели ночного цикла.

Есть идея обеспечить энергией станцию на поверхности во время ночного цикла с помощью орбитального спутника, который будет передавать энергию через микроволны или лазер. Исследование этой идеи проводилось 10 лет назад. В ходе исследования выяснилось, что для большой лунной базы, требующей сотни киловатт энергии, поставляемой с орбиты 50-киловаттным лазером, ректенна (тип антенны, которая конвертирует электромагнитную энергию в прямой электрический ток) будет 400 метров в диаметре, а на спутнике — 5 квадратных километров солнечных батарей. На Международной космической станции порядка 3,3 кв. км солнечных панелей.

Несмотря на значительные трудности в строительстве колонии, которая должна будет противостоять суровому ночному лунному циклу, они не являются непреодолимыми. При соответствующей тепловой защите и соответствующей системе выработки энергии во время длинной двухнедельной ночи, мы можем получить лунную колонию уже в ближайшие двадцать лет. И тогда сможем обратить свой взор подальше.

[править] Проблемы освоения Космоса

На сегодняшний день человечество не решило нескольких технических трудностей принципиального характера, что не позволяет приступить к осуществлению планов по освоению даже «близкого» Космоса. Не разработана защита людей и техники от излучения. Не разработана система искусственной гравитации. Не создан космический лифт. Не построены космические корабли, которые имели бы скорость хотя бы в 7−10% скорости света. Не разработана защита баз и колоний в Космосе от метеоритов.

Без решения этих задач невозможна колонизация, так как человек по своей природе приспособлен именно к жизни на Земле. Для колонизации необходимо искусственно создавать приемлемые для физиологии человека условия жизни.

Зачем вообще лететь на Луну

Сторонники этой идеи считают, что колония на Луне позволит человечеству лучше понять, как можно путешествовать по Солнечной системе. Также полет на Луну может стать уникальным и редким видом отдыха. Луна гораздо ближе, чем Марс — до нее можно добраться за три дня, а до Марса — за девять месяцев. Так что Луна может стать отличным местом для любителей, в то время как хардкорные космические туристы будут летать на Марс.

А еще на Луне можно добыть много полезных ископаемых.

Некоторые китайские и европейские исследователи считают, что на поверхности Луны содержится большое количество редкого элемента — гелия-3, который можно будет использовать как топливо будущего для ракет (единственный минус — для обработки гелия-3 требуется колоссальное количество энергии). На полюсах Луны есть замерзшая вода — с помощью электролиза ее можно разделить на водород и кислород и получить воздух, которым можно дышать или использовать в качестве ракетного топлива. Пока что до таких раскопок на Луне далеко, но участники европейских и китайских программ по освоению Луны утверждают, что у них есть подобные планы.

Колонии могут пригодиться и для еще одной важной цели — выживания человечества. Джеймс Хэд рассказал, как один астронавт НАСА объяснил ему, почему люди должны отправиться на Луну. «Виды, населяющие только одну планету, не смогут выжить, — сказал он. — Жить за счет планеты, пожалуй, неплохая стратегия выживания. Но рано или поздно выживание станет одной из причин для человечества построить колонии на Луне».

[править] Источники

1. Документальный фильм «Базирование на Луне»
2. ОТКРЫТИЕ К. Э. ЦИОЛКОВСКИМ ОСУЩЕСТВИМОСТИ КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТОВ — 1903 Г. И ВЕК СПУСТЯ
3. АРИ ШТЕРНФЕЛЬД И КОСМОНАВТИКА
4. Вальтер Дорнбергер: Пенемюде, c.297 (Peenemuende, Walter Dornberger, Moewig, Berlin 1985. ISBN 3-8118-4341-9)
5. История создания и дальнейшее развитие Р-7
6. Космический корабль «Восток-1»
7. Звёздный рейс Юрия Гагарина
8. Apollo 11
9. Космический «фуникулер»
10. В космос — на лифте!
11. Орбиты космического лифта
12. Colonization of the Moon
13. На Луне будут обсерватории
14. Артемида изучает Луну
15. Добыча ископаемых на Луне может стать реальностью
16. Принесенные солнечным ветром
17. Лунный Гелий-3 эффективное термоядерное горючее будущего
18. База на Луне
19. Лунный туризм начнется в 2020 году
20. Луна станет свалкой ядерных отходов
21. Популярная механика. Лунная сенсация
22. Популярная механика. Окончательное доказательство: И снова о воде
23. Луну хотят превратить в гигантскую солнечную батарею
24. Terraforming
25. И. Шкловский. «Вселенная. Жизнь. Разум». М.: Наука, 1987.
26. Джерард К. О’НЕЙЛ: Колонизация космоса и SETI
27. «БУБЛИК» ВЫХОДИТ НА ОРБИТУ
28. https://news.mail.ru/society/20634846/

Колонизация Луны: почему мы хотим этого и какие технологии у нас есть?

Идея колонизации Луны была довольно популярна в эпоху холодной войны. Но в середине 1970-х годов такие проекты как в СССР, так и в США были приостановлены, поскольку полёты на спутник оказались очень дорогостоящими и не имели каких-либо конкретных целей.

Однако полвека спустя мечты о колонизации Луны вновь поглотили человечество.

Возможно, это связано с высоким технологическим уровнем развития цивилизации, которой действительно необходимы амбициозные цели для движения вперёд, а возможно с перспективами развития частного космического туризма или научного изучения нашего естественного спутника.

В арсенале мировых космических агентств есть всё, что нужно для завоевания Луны. Единственное чего действительно не хватает, так это чётко сформулированных целей.

Как мы можем использовать Луну?

Многие ученые считают, что покорение космоса является логическим шагом на пути дальнейшего развития человечества.

Рано или поздно Земля станет слишком перенаселённой, и Луна станет отличной перевалочной базой для более далёких перелётов, например, на Марс или другие планеты Солнечной системы.

Колонизация Луны также даст людям возможность добывать ценные минералы. Особые надежды связаны с гелием-3, который является великолепным термоядерным горючим. На Земле очень мало гелия-3, но его довольно много на Луне. Поэтому ряд государств уже заявили о своей готовности начать его добычу.

Некоторые исследователи также озвучили возможность переноса производства энергоёмкой продукции на Луну в целях сокращения промышленных выбросов на Земле.

С какими проблемами мы столкнёмся?

На Луне нет атмосферы и магнитного поля. Её поверхность постоянно бомбардируется микрометеоритами, а разница температур в течение суток может достигать двухсот градусов по Цельсию.

Люди смогут работать в таких условиях только в костюмах и в запечатанных лунных роверах или в стационарном жилом модуле с полной системой жизнеобеспечения.

Таким образом, все работы, проводимые там, должны будут основываться на совершенно иных, передовых технологиях: использование надувных модулей, создание строительных элементов на 3d принтере, создание композиционных материалов из лунного реголита с помощью лазеров.

Другими словами, существует много моментов, которые учёным еще только предстоит решить, прежде чем будут предприняты какие-либо попытки колонизации.

Орбитальные станции

Космическая станция, вращающаяся вокруг Луны, является одним из первых шагов на пути к колонизации спутника.

США, Россия и Китай уже объявили о реализации соответствующего проекта к 2025-2030 годам.

В частности, США и Россия договорились о создании совместной орбитальной станции под названием Deep Space Gateway. К проекту также могут присоединиться Китай, Индия и некоторые страны БРИКС.

Ожидается, что технические данные по данному проекту будут представлены в этом году. Строительные работы на орбите начнутся в 2024 году.

Благодарю за помощь в развитии сайта агрегатор микрозаймов viking-zaim.ru/karta-mir. Викинг-займ не оказывает финансовых услуг, но собирает и каталогизирует всю самую актуальную информацию о Микрофинансовых организациях России.