Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Луна и Марс как объекты колонизации

Александр Ильин.

«…я надеюсь, что мои работы, может быть скоро, а может быть и в отдалённом будущем, дадут горы хлеба и бездну могущества…»
К. Э. Циолковский.

Космические средства для реализации лунной пилотируемой программы.
Космические средства для реализации лунной пилотируемой программы.
Основные характеристики марсианского транспортного космического комплекса.
Основные характеристики марсианского транспортного космического комплекса.
Основные характеристики средств выведения для реализации пилотируемой программы в околоземном космосе и запусков автоматических космических аппаратов.
Основные характеристики средств выведения для реализации пилотируемой программы в околоземном космосе и запусков автоматических космических аппаратов.

Полноценное освоение Луны и Марса, а не рекордные полёты ради приоритета, — так видят будущее отечественной космонавтики в ГКНПЦ имени М. В. Хруничева, одном из ведущих предприятий российской ракетно-космической промышленности (именно там производят ракету-носитель «Протон» и разрабатывают семейство ракет-носителей «Ангара»). На прошедших в начале этого года XXXV Академических чтениях по космонавтике (Королёвских чтениях) Центр Хруничева представил космическую программу, рассчитанную на 30 лет.

По мнению специалистов Центра, завоевание других планет должно начаться с создания сборочной платформы на низкой околоземной орбите. Именно на станции-верфи из отдельных модулей будут строиться межпланетные корабли — примерно так же, как строилась Международная космическая станция (МКС).

Следующий этап — развёртывание лунной орбитальной станции (ЛОС). База на орбите вокруг нашего естественного спутника позволит исследовать Луну и управлять автоматами на её поверхности без запаздывания сигнала (от Земли до Луны сигнал идёт чуть более секунды). Кроме того именно с неё впоследствии осуществятся высадки на поверхность Луны. Затем в наиболее интересных с научной точки зрения областях Луны будут созданы посещаемые базы. Со временем базы станут постоянно обитаемыми и начнётся следующий этап — промышленное использование местных ресурсов для жизнеобеспечения космонавтов и заправки кораблей.

А Луна может предложить нам очень многое. Например, в состав её реголита (пылевидного слоя грунта на поверхности) входит множество химических элементов — кислород (40%), кремний (20%), железо (5—10%), алюминий (10%), кальций (10%), даже титан (3%) и магний (5%). Конечно, все эти сокровища необходимо ещё добыть. Ведь на Земле руду, содержащую меньше 25% железа, называют бедной, а меньше 16% вообще таковой не считают.

Новые данные, полученные российским прибором LEND (LEND — Lunar Exploration Neutron Detector, или нейтронный детектор для исследования Луны), входящим в состав научной аппаратуры американского зонда LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter — лунный орбитальный зонд), свидетельствуют о наличии в реголите водорода, лучшего топлива для жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Водород, в свою очередь, может указывать на наличие водяного льда, то есть воды и кислорода для нужд лунной базы.

Ещё один элемент, который входит в состав реголита и очень интересует человечество, — знаменитый гелий-3, прекрасное «горючее» для термоядерных электростанций будущего. Реакция 3Не + D → 4Не + p имеет ряд преимуществ: низкий поток нейтронов, неактивные материалы для синтеза, отсутствие радиоактивного выброса в случае аварии с разгерметизацией активной зоны. При термоядерном синтезе, когда тонна гелия-3 вступает в реакцию с 0,67 тонны дейтерия, высвобождается энергия, эквивалентная сгоранию 15 млн тонн нефти. К сожалению, гелия-3 на Земле почти нет, а на Луне его может найтись до 10 млн тонн (см. «Наука и жизнь» № 8, 2004 г.). Следует отметить, что существуют два огромных препятствия на пути внедрения термоядерной энергетики: отсутствие работающих реакторов и крайне низкая концентрация гелия-3 в реголите, около грамма на 100 тонн.

К лунным ресурсам можно условно отнести и солнечное излучение, не ослабленное атмосферой — 1367 Вт/м², вакуум и отсутствие радиопомех с Земли на обратной стороне нашего спутника (что может пригодиться для строительства радиотелескопов).

Но вернёмся к планам Центра им. М. В. Хруничева. Для освоения Марса предложен примерно такой же план, как и для Луны: станция на орбите, отдельные высадки, сначала временная база, потом постоянная, затем использование местных ресурсов, благо их на Марсе не меньше, чем на Луне. В атмосфере планеты присутствуют углекислый газ (95%) и азот (3%). Основная составляющая почвы — кремнезём (20—25%), содержащий примесь гидратов оксидов железа (до 15%). В элементном составе марсианской почвы преобладает кремний (20%), присутствуют железо (12%), алюминий и магний. И совсем недавно на Марсе был обнаружен водяной лёд.

Инженерные проекты достижения красной планеты разрабатываются уже более шестидесяти лет. В 1948 году Вернер фон Браун (Wernher von Braun — немецкий конструктор, создатель первых в истории баллистических ракет Фау-2, «отец» американской космической программы) написал подкреплённый расчётами роман об экспедиции на Марс. Роман не был издан, но материалы из него послужили основой лекций, прочитанных в 1951 году, и серии статей об освоение космоса, опубликованных в журнале «Collier’s» спустя год. Фон Браун планировал использовать для экспедиции на Марс десять космических кораблей массой 3720 тонн каждый. Создание флотилии потребовало бы 950 запусков специальной многоразовой ракеты.

В 1960-е планы стали гораздо скромнее — марсианская экспедиция на одном корабле с ядерным ракетным двигателем (ЯРД) намечалась на 1981 год. Масса межпланетного комплекса на околоземной орбите должна была составить 1500 тонн. Но после неоднократных посещений астронавтами Луны в рамках программы «Аполлон» и победы в космической гонке, финансирование «марсианских планов» в США свернули.

В нашей стране тоже проектировали экспедиции на Марс. Есть мнение, что советская лунная ракета Н-1 изначально была задумана именно для доставки на околоземную орбиту компонентов межпланетного корабля (см. «Наука и жизнь» №№ 4, 5, 1994 г.). Согласно проработкам отдела ОКБ-1 (знаменитое королёвское КБ, сейчас РКК «Энергия»), выполненным в конце 1950-х годов, для сборки межпланетного комплекса потребовалось бы 25 стартов Н-1.

Первые этапы проектов предусматривали варианты кораблей с жидкостными ракетными двигателями, однако в дальнейшем от них отказались в пользу электроракетных двигателей (ЭРД) с ядерным источником электроэнергии (см. «Наука и жизнь» № 7, 2007 г.). А сегодня Центр им. М. В. Хруничева на XXXV Академических чтениях по космонавтике предлагает для межпланетных кораблей двухрежимный ядерный ракетный двигатель (ЯРД). Он может работать и в качестве непосредственно ядерного двигателя, и как источник энергии для целой батареи из десятков электроракетных двигателей (ЭРД) малой тяги.

Вблизи планет, где для преодоления гравитации требуется большая тяга, сильно разогретый водород прокачивается через активную зону реактора и выбрасывается через сопло в космос, как в обычном реактивном двигателе. В межпланетном пространстве реактор работает как атомная электростанция (АЭС). Этот режим требует наличия огромных радиаторов для охлаждения рабочего вещества (тепло в космосе можно сбросить только излучением), турбин и генераторов электроэнергии. Электроракетные двигатели малой тяги имеют чрезвычайно высокий удельный импульс (и, значит, минимальный расход топлива (см. «Наука и жизнь» № 9, 1999 г.). Конечно, создание двухрежимного ЯРД — задача довольно сложная, но ничего принципиально нереализуемого в его проекте нет.

По планам Центра марсианский экспедиционный комплекс должен состоять из пилотируемого корабля (МПК) и грузового корабля (МГК) массой на околоземной орбите примерно 700 и 250 тонн соответственно. Части межпланетных кораблей на орбиту Земли станут выводить с помощью ракеты-носители семейства «Ангара» или новой многоразовой ракетно-космической системы (МРКС) с первой ступенью, работающей на метане и кислороде, разработку которой ведёт Центральный научно-исследовательский институт машиностроения.

Специалисты Центра оценили также экономическую составляющую проекта. По их мнению, вся тридцатилетняя программа освоения Луны и Марса обойдётся в 4,8 трлн рублей (в ценах 2010 года), или 160 млрд долларов (всего в 1,5—2 дороже всей программы МКС).

И хотя некоторые эксперты считают оценку заниженной, сумма велика только на первый взгляд. Для сравнения: это объём вкладов Сбербанка РФ или чуть меньше половины фондовых инвестиций в российскую экономику за прошлый год. Можно оценить и по-другому: 4,8 трлн рублей — это 55 000 рублей с каждого трудоспособного россиянина. Если сумму распределить по всей программе (30 лет) — всего 150 рублей в месяц. Совсем небольшая плата за будущее!


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Техника. Проекты»