Реальность

Бурное развитие космической техники позволяет думать, что колонизация космоса — вполне достижимая и оправданная цель. В силу своей близости к Земле (три дня полёта) и достаточно хорошей изученности ландшафта, Луна уже давно рассматривается как кандидат для места создания человеческой колонии. Но хотя программа Аполло и продемонстрировала практическую осуществимость полёта на Луну (будучи при этом очень дорогостоящим проектом), она в то же время охладила энтузиазм создания лунной колонии. Это было вызвано тем, что анализ образцов пыли, доставленных астронавтами, показал очень низкое содержание в ней лёгких элементов, необходимых для поддержания жизнеобеспечения.

Несмотря на это, с развитием средств космонавтики и удешевлением космических полётов, Луна представляется исключительно привлекательным объектом для колонизации. Для учёных лунная база является уникальным местом для проведения научных исследований в области планетологии, астрономии, космологии, космической биологии и других дисциплин. Изучение лунной коры может дать ответы на важнейшие вопросы об образовании и дальнейшей эволюции Солнечной системы, системы Земля — Луна, появлении жизни. Отсутствие атмосферы и более низкая гравитация позволяют строить на лунной поверхности обсерватории, оснащённые оптическими и радиотелескопами, способными получить намного более детальные и чёткие изображения удалённых областей Вселенной, чем это возможно на Земле.

Луна обладает и разнообразными полезными ископаемыми, в том числе и ценными для промышленности металлами — железом, алюминием, титаном; кроме этого, в поверхностном слое лунного грунта, реголите, накоплен редкий на Земле изотоп гелий-3, который может использоваться в качестве топлива для перспективных термоядерных реакторов. В настоящее время идут разработки методик промышленного получения металлов, кислорода и гелия-3 из реголита, ведётся поиск возможных залежей водяного льда. Глубокий вакуум и наличие дешёвой солнечной энергии открывают новые горизонты для электроники, литейного производства, металлообработки и материаловедения. Фактически условия для обработки металлов и создания микроэлектронных устройств на Земле менее благоприятны из-за большого количества свободного кислорода в атмосфере, ухудшающего качество литья и сварки, делающего невозможным получение сверхчистых сплавов и подложек микросхем в больших объёмах. Также представляет интерес выведение на Луну вредных и опасных производств.

Луна, благодаря своим впечатляющим ландшафтам и экзотичности, также выглядит как весьма вероятный объект для космического туризма, который может привлечь значительное количество средств на её освоение, способствовать популяризации космических путешествий, обеспечивать приток людей для освоения лунной поверхности. Космический туризм будет требовать определённых инфраструктурных решений. Развитие инфраструктуры, в свою очередь, будет способствовать более масштабному проникновению человечества на Луну.

Гелий-3 в планах освоения Луны

В январе 2006-го Николай Севастьянов, бывший президент Ракетно-космической корпорации «Энергия», официально объявил, что главной целью российской космической программы будет добыча на Луне гелия-З. «Постоянную станцию на Луне мы планируем создать уже к 2015 году, а с 2020 года может начаться промышленная добыча на спутнике Земли редкого изотопа — гелия-3». Летать к Луне будет многоразовый корабль «Клипер», а помогать ему в строительстве Лунной базы начнёт межорбитальный буксир «Паром». Однако, данные официальные заявления остались на совести Н. Н. Севастьянова, поскольку Россия не признаёт существования у неё лунной программы наподобие американской. О других источниках финансирования также пока ничего неизвестно.

Присутствие гелия-3 в лунных минералах представители американского Национального агентства по космонавтике и аэронавтике США (NASA) также считают серьёзным поводом к освоению спутника. При этом первый полёт туда NASA планирует осуществить не раньше 2018 года. Китай и Япония также запланировали создание лунных баз, но это, скорее всего, произойдёт в 2020-х годах. До сих пор США остаётся единственным государством, представители которого побывали на Луне — с 1969 по 1972 год туда было отправлено 6 американских пилотируемых экспедиций.

Создание станции — не только вопрос науки и государственного престижа, но и коммерческой выгоды. Гелий-3 — это редкий изотоп, стоимостью около миллиона долларов за килограмм, а на Луне его — миллионы тонн (по минимальным оценкам — 500 тысяч тонн^[1]), в то время как на Земле его запасы оцениваются в 500—1000 килограмм. Гелий-3 нужен в ядерной энергетике — для запуска термоядерной реакции.

Учёные считают, что гелий-3 можно будет применять в термоядерных реакторах, где при сжигании одного килограмма этого изотопа выделяется огромное количество энергии — 19 мегаватт-часов. Таким количеством электроэнергии можно освещать Москву в течение шести с лишним лет. А чтобы обеспечивать энергией всё население Земли в течение года, по подсчётам учёных российского Института геохимии и аналитической химии им. Вернадского, необходимо приблизительно 30 тонн гелия-3. Стоимость его доставки на Землю будет в десятки раз меньше, чем у вырабатываемой сейчас электроэнергии на атомных электростанциях.

При использовании гелия-3 не возникает долгоживущих радиоактивных отходов, и поэтому проблема их захоронения, так остро стоящая при эксплуатации реакторов на делении тяжёлых ядер, отпадает сама собой.

Однако существует и серьёзная критика этих планов. Дело в том, что для зажигания термоядерной реакции дейтерий+гелий-3 необходимо нагреть изотопы до температуры в миллиард градусов и решить задачу удержания нагретой до такой температуры плазмы. Современный технологический уровень позволяет удержать плазму, нагретую лишь до нескольких сотен миллионов градусов в реакции дейтерий+тритий, при этом почти вся энергия, полученная в ходе термоядерной реакции, затрачивается на удержание плазмы. Поэтому реакторы на гелии-3 многими ведущими учёными, например, академиком Роальдом Сагдеевым, выступившим с критикой планов Севастьянова, считаются делом отдалённого будущего. Более реальным с их точки зрения является разработка на Луне кислорода, металлургия, создание и запуск космических аппаратов, в том числе ИСЗ, межпланетных станций и пилотируемых кораблей.

Практические шаги

Проект Европейского Космического Агентства Смарт-1 в течение года и семи месяцев занимался картированием поверхности Луны, а также построением карт залегания различных минералов. За семь лет до этого такую же задачу решал американский спутник Lunar Prospector.

Возвращение человека на Луну планируется, в частности, НАСА с проектом Созвездие.

О своих планах освоения Луны не раз заявлял и Китай. 24 октября 2007 года с космодрома Сичан был успешно запущен первый китайский спутник Луны Чанъэ-1. В его задачи входило получение стереоснимков, с помощью которых впоследствии изготовят объёмную карту лунной поверхности. В будущем КНР рассчитывает основать на Луне обитаемую научную базу. Согласно китайской программе, освоение естественного спутника Земли намечено на 2040—2060 годы^[2].

Японское агентство по космическим исследованиям планирует к 2030 году ввести в строй обитаемую станцию на Луне — на пять лет позже предполагавшихся ранее сроков^[3].

Вторая половина 2007 года ознаменовалась новым этапом в космическом соревновании. В это время состоялись запуски лунных спутников Японии и Китая. На очереди старт индийского спутника^[4]. В случае успеха, к концу 2007 года на орбите Луны будет пять новых спутников: 3 японских, 1 китайский и 1 индийский.

На 2008 год запланирована миссия НАСА Lunar Reconnaissance Orbiter.

Иллюстрация освоения Луны и Марса на совместном американо-советском почтовом блоке 1989 г.

Проблемы

Длительное присутствие человека на Луне будет требовать решения ряда проблем. Так, атмосфера Земли и магнитное поле задерживает бо́льшую часть солнечной радиации. В атмосфере также сгорает множество микрометеоритов. На Луне без решения радиационной и метеоритной^[5] проблем невозможно создание условий для нормальной колонизации. Во время солнечных вспышек создаётся поток протонов и других частиц, способных представлять угрозу для космонавтов. Однако эти частицы обладают не слишком большой проникаемостью, и защита от них является решаемой проблемой. Кроме того, данные частицы обладают низкой скоростью, а значит, есть время для того чтобы укрыться в антирадиационные укрытия. Гораздо большую проблему представляет жёсткое рентгеновское излучение. Расчёты показали^[6], что астронавт после 100 часов на поверхности Луны с вероятностью 10 % получит опасную для здоровья дозу (0,1 Грэй). В случае же солнечной вспышки опасную дозу можно получить в течение нескольких минут.

Отдельную проблему представляет лунная пыль^[7]. Лунная пыль состоит из острых частиц (поскольку нет сглаживающего влияния эрозии), а также обладает электростатическим зарядом. В результате лунная пыль проникает везде и, обладая абразивным действием, уменьшает срок работы механизмов. А попадая в лёгкие, становится угрозой здоровью человека.

Коммерциализация также не очевидна. Необходимость в больших количествах гелия-3 пока отсутствует. Наука ещё не смогла достичь контроля над термоядерной реакцией. Самым многообещающим проектом в этом отношении на данный момент (середина 2007 года) является масштабный международный экспериментальный реактор ИТЭР, строительство которого предполагается закончить в 2015 году. После этого последует порядка двадцати лет экспериментов. Промышленное использование термоядерного синтеза ожидается не ранее 2050 года по самым оптимистическим прогнозам. В связи с этим, до этого времени добыча гелия-3 не будет представлять промышленного интереса. Космический туризм также нельзя назвать движущей силой освоения Луны, поскольку требуемые на данном этапе вложения не смогут окупиться в разумное время за счёт туризма.

Данное положение вещей приводит к тому, что высказываются предложения (см. Роберт Забрин «A Case for Mars») освоение космоса сразу начинать с Марса.

Терраформированная Луна

Луна, вид с Земли

Терраформированная Луна, вид с Земли; рисунок художника

Луна это естественный спутник Земли и самая близкая планета к Земле, и в обозримом будущем вероятность её терраформирования достаточно велика. Площадь поверхности Луны составляет 37,9 млн. км² (больше, чем площадь Африки), а ускорение свободного падения на поверхности 1,62 м/с². Луна способна удержать относительно плотную атмосферу, но в силу невысокой гравитации такая атмосфера, даже состоящая из плотных газов (водяной пар, кислород, азот, углекислый газ и аргон) будет быстро (в течение десятков тысяч лет) рассеиваться в космическом пространстве. Тем не менее, Луна будет лучше удерживать искусственно созданную атмосферу, чем например, Титан, в силу того, что её гравитация больше, чем у последнего, почти на 20 %. Приблизительные расчёты скорости молекул газов при прогреве, например, до 25-30°С оказываются в пределах нескольких сотен метров в секунду, в то же время вторая космическая скорость на Луне около 2 км/сек, что обеспечивает длительное удержание искусственно созданной атмосферы (время падения плотности атмосферы в 2 раза для воздуха составляет около 10 000 лет). Вполне вероятно, что, будучи единожды созданной, атмосфера из привозных материалов должна будет постоянно пополнятся . Впрочем, на современном технологическом уровне развития техники освоение и заселение Луны возможно, скорее, по пути построения изолированных купольных поселений.

Огромное значение при терраформировании Луны при помощи бомбардировки её поверхности астероидами играют вопросы безопасности такой бомбардировки. Так как этот процесс будет производиться в непосредственной близости от Земли, то существует вероятность возникновения нештатных ситуаций и угроз самой Земле. Падение крупного астероида на Землю способно нанести ей большой ущерб. Поэтому бомбардировка Луны должна быть «мягкой», то есть объект — «снаряд» для бомбардировки должен быть не очень большим (астероид в поперечнике несколько сот метров), удары по поверхности должны производиться с орбиты искусственного спутника Луны, проведение ударов должно быть точно рассчитано и производиться по касательной траектории к поверхности Луны, направленной в сторону от Земли. Также вполне вероятно, что потребуется придать Луне суточное вращение и изменить наклон её оси для возникновения смены времен года, но на сегодняшний день пока невозможно в полной мере рассчитать последствия такого вращения по отношению к процессам тектоники плит Земли и глобальном вулканизме обоих тел системы.

 Основные способы терраформирования Луны:

• Бомбардировка астероидами: водно-аммиачные льды.
• Биогенное воздействие: введение земных бактерий и водорослей, устойчивых в первичной искусственной атмосфере Луны и условиях жёсткой солнечной радиации.