Прилунение
Луна - это и наглядная модель геологического прошлого Земли, и близкая к идеалу база астрономических исследований, и отличный испытательный полигон для космической техники. Не исключено, что со временем Луна станет заправочной станцией для межпланетных кораблей, а быть может, и главным межзвездным космопортом Земли.
Но куда важнее то, что Луна — кладезь всевозможных ресурсов.
Но куда важнее то, что Луна — кладезь всевозможных ресурсов.
Луна как источник ресурсов
.
Как уже было сказано, на Земле все четче проявляются суровые энергетические и экологические ограничения. Поэтому человечеству пора искать энергетические и вещественные резервы в космосе — даже независимо от того, как быстро окупятся капиталовложения. Нужно заранее вкладывать средства в области, которые обеспечат дальнейшее развитие земной техники и технологии, и Луна в этом смысле занимает совершенно исключительное место. Но к тому же лунная индустрия вовсе не будет убыточной. Специфические условия на Луне позволяют организовать производство на базе радикально новой технологии, применение которой на Земле вовсе исключено. Эта технология столь нова, столь необычна и сулит такую революцию в производственной сфере, что ее значение без какого-либо преувеличения можно сравнить с изобретением колеса.
Использование Луны должно основываться не только на высокой технической эффективности и экономичности всех операций, но и на высоком уровне экологической автономии. Конечно, определенных материалов, в том числе воды и кислорода, в свободном виде на Луне нет. Поэтому первоочередной задачей станет создание технологии их получения в лунных условиях. Анализы лунных грунтов показали, что на Луне достаточно кислорода, содержащегося в связанном виде в окислах металлов и кремния. Всюду, где опускались земные космические аппараты, Луна покрыта реголитом — зернистой обломочной породой, возникшей в результате бомбардировки лунной поверхности метеоритами. Встречаются два различных типа породы: вулканическая, сходная с земными базальтами (по-видимому, из таких пород сложены все лунные моря), и осадочно-метеоритная, напоминающие земные брекчии. Встречается и так называемый «крип» — порода, обогащенная калием, фосфором и редкоземельными элементами. В условиях земной поверхности многие наиболее широко потребляемые металлы требуют большого расхода энергии в процессе их извлечения и очистки. В первую очередь, к ним относится алюминий. То же самое характерно для титана и магния. На Луне получение этих металлов облегчится благодаря глубокому вакууму на ее поверхности. В земных условиях — на дне воздушного океана — искусственное создание вакуума пока что обходится весьма недешево.
Лунный индустриальный комплекс должен включать три взаимосвязанных компонента: индустриальную зону на поверхности Луны, производственные установки на селеноцентрических орбитах и транспортную систему.
Высокий вакуум и отсутствие биосферы позволяют применить на Луне новые технологические идеи и весьма мощные электроисточники.
Вместе с тем, производственные установки на поверхности Луны должны размещаться в пределах определенной локальной зоны, четко ограниченной от других районов лунной поверхности, которые должны оставаться неизменными. Это необходимо как для дальнейшего исследования самой Луны, так и для размещения различного
астрономического и астрофизического оборудования. Это особенно важно для оборотной стороны Луны.
Индустриализацию Луны следует рассматривать как необходимый элемент общего развития земной техносферы, который способен обеспечить достижение трех главных целей: распространение сырьевой базы земной индустрии за пределы зависимости исключительно от земных ресурсов; поддержание непрерывного технологического, индустриального и экономического роста без дополнительного загрязнения земной окружающей среды; использование специфики лунных природных условий для организации на новых принципах производства продуктов, необходимых на Земле и на развивающихся внеземных объектах.
Высокий вакуум и отсутствие биосферы позволяют применить на Луне новые технологические идеи и весьма мощные электроисточники.
Вместе с тем, производственные установки на поверхности Луны должны размещаться в пределах определенной локальной зоны, четко ограниченной от других районов лунной поверхности, которые должны оставаться неизменными. Это необходимо как для дальнейшего исследования самой Луны, так и для размещения различного
астрономического и астрофизического оборудования. Это особенно важно для оборотной стороны Луны.
Индустриализацию Луны следует рассматривать как необходимый элемент общего развития земной техносферы, который способен обеспечить достижение трех главных целей: распространение сырьевой базы земной индустрии за пределы зависимости исключительно от земных ресурсов; поддержание непрерывного технологического, индустриального и экономического роста без дополнительного загрязнения земной окружающей среды; использование специфики лунных природных условий для организации на новых принципах производства продуктов, необходимых на Земле и на развивающихся внеземных объектах.
Для «запуска» процесса индустриализации Луны все равно потребуется иной энергоисточник.
Таким новым энергоисточником, притом как будто специально приспособленным к специфике лунной окружающей среды, могут стать ядерные заряды. Перед другими (ныне известными и доступными) источниками энергии ядерные заряды имеют одно бесспорное преимущество: у них наибольшая концентрация энергии на единицу массы; поэтому их транспортировка с Земли на Луну потребует наименьших затрат по сравнению со всеми другими типами энергоисточников. (В дальнейшем лунная индустрия, по-видимому, сможет перейти на полную автономию, организовав производство ядерных зарядов из лунных материалов.)
Таким новым энергоисточником, притом как будто специально приспособленным к специфике лунной окружающей среды, могут стать ядерные заряды. Перед другими (ныне известными и доступными) источниками энергии ядерные заряды имеют одно бесспорное преимущество: у них наибольшая концентрация энергии на единицу массы; поэтому их транспортировка с Земли на Луну потребует наименьших затрат по сравнению со всеми другими типами энергоисточников. (В дальнейшем лунная индустрия, по-видимому, сможет перейти на полную автономию, организовав производство ядерных зарядов из лунных материалов.)
Если производить взрывы термоядерных или атомных зарядов на достаточной глубине, в толщине лунных пород, можно быть уверенными, что поверхностная природная среда Луны нисколько не пострадает.
Для запуска транспортных кораблей с поверхности Луны на селеноцентрические орбиты или траектории полета к другим небесным объектам в принципе можно использовать и технику ядерного взрыва. Эта идея естественно приходит на ум в связи с описанными ранее подлунными ядерно-взрывными процессами.
Для запуска транспортных кораблей с поверхности Луны на селеноцентрические орбиты или траектории полета к другим небесным объектам в принципе можно использовать и технику ядерного взрыва. Эта идея естественно приходит на ум в связи с описанными ранее подлунными ядерно-взрывными процессами.
Базы на Луне — как же их построить?
После первого посещения Луны прошло уже полвека, и совершенно естественно, что частные компании и государственные агентства всерьёз планируют построить на нашем спутнике постоянные базы пребывания. Технический прогресс со времён «Аполлонов» продвинулся далеко вперёд, но поставленная задача обещает быть чрезвычайно сложной. Но начинать с чего-то нужно.
Условия на Луне иначе как экстремальными не назовёшь. Она совершает один оборот вокруг собственной оси за 28 дней, в результате чего на большей её части после двух недель непрекращающегося дня следует такая же долгая ночь. Так как здесь нет сколько-нибудь существенной атмосферы, которая могла бы перераспределять солнечное тепло, дневная температура может достигать 130°C. А ночью она иногда опускается до -247°C. Кроме того, тот же самый фактор обуславливает практически полное отсутствие защиты от губительного космического излучения. Это означает, что обитателям Луны придется строить здания с толстыми стенами и передвигаться по поверхности в громоздких скафандрах.
Стены должны быть очень прочными, чтобы выдержать разность давления снаружи и внутри объекта, а также попадания микрометеоритов – крошечных песчинок, врезающихся в наш спутник с огромной скоростью. Это означает, что когда человечество продвинется дальше строительства первых модулей, привезённых с Земли, ему может пригодиться лунный бетон, представляющий собой смесь серы и дроблёного лунного реголита. Он непористый, прочный и не требует воды, дефицит которой на Луне весьма ощутим.
Ещё одной ощутимой проблемой будет низкая сила тяжести, которая здесь в шесть раз слабее земной. Человек, переселившийся на Луну, со временем начнёт испытывать потерю массы мышц и прочности костей. Любое постоянное поселение должно минимизировать эти риски — например, обеспечив соответствующие условия для поддержания физической формы своих обитателей.
Риски, которым подвергаются первопроходцы, заселяя базы на Луне, прекрасно известны и понятны. Даже сегодня в труднодоступных местах, вроде той же Антарктиды, поддержка врачей доступна далеко не всегда. В этом плане необходима самодостаточность лунной базы — здесь должны находиться и медицинское оборудование, и обученный персонал.
Источники питания
Полный экипаж международной космической станции составляет шесть человек, и её солнечные панели генерируют от 75 до 90 кВт мощности. Этого хватает на работу всех систем — жизнеобеспечения, научного оборудования, рециркуляции воды и т.д. У лунной колонии, в зависимости от количества обитателей и поставленных перед ними задач, количество вырабатываемой энергии наверняка должно быть больше. Естественно, здесь тоже можно использовать солнечные панели. Но в районе экватора, как уже было сказано, они будут давать электричество лишь две недели, а затем столько же бездействовать. Так что колонистам понадобятся мощные аккумуляторные батареи. Совершенно иначе выглядит ситуация на полюсах нашего спутника — здесь освещение постоянно.
Более надёжной альтернативой являются ядерные реакторы. В последние годы наблюдается прогресс в разработке компактных реакторов деления. Проблема тут в том, что даже самый миниатюрный из них будет весить несколько тонн, и доставить его с Земли будет весьма непросто. Есть и ещё одна возможность — радиоизотопные термоэлектрические генераторы. Они производят энергию, пользуясь разностью
температур между горячим радиоактивным материалом и холодной внешней средой. На Земле они не очень эффективны из-за стабильных климатических условий, но, например, в затененных областях Луны невероятно холодно. Эти установки используются как источники питания межпланетных станций, которые удаляются слишком далеко от Солнца и не могут пользоваться его энергией. Однако на Луне их потребуется много, так как они не слишком эффективно преобразуют тепло в электричество.
температур между горячим радиоактивным материалом и холодной внешней средой. На Земле они не очень эффективны из-за стабильных климатических условий, но, например, в затененных областях Луны невероятно холодно. Эти установки используются как источники питания межпланетных станций, которые удаляются слишком далеко от Солнца и не могут пользоваться его энергией. Однако на Луне их потребуется много, так как они не слишком эффективно преобразуют тепло в электричество.
Еда и вода.
Очевидно, что обитатели лунной базы будут придерживаться преимущественно растительной диеты. Мясо и другие продукты придётся возить с Земли, так как полноценное сельское хозяйство со всей его инфраструктурой в космосе организовать, вероятнее всего, нереально. Но что-то здесь выращивать всё же можно. Согласно недавним исследованиям, помидоры и пшеница прижиться на Луне могут. Но для этого потребуются значительные площади. Проблемой может стать недостаток в лунной почве азота, который необходим для роста растений. Также в ней высокий уровень таких металлов, как алюминий и хром, которые могут оказаться токсичными для флоры. В какой-то степени преодолеть эти трудности может гидропоника – выращивание растений под светодиодными лампами в воде, а не в почве. Этого вполне можно добиться в закрытом помещении. Недостатком этого способа является необходимость большого количества воды. Впрочем, она, как выяснилось, на Луне всё-таки есть — особенно много её в районе полюсов.
Лунная транспортная система
1
Организация транспортных операций в пределах поверхностного производственного района здесь детально не рассматривается, поскольку при этом не встретятся какие-либо сложные проблемы; основу «внутренней» транспортной системы, по-видимому, составит разветвленная сеть трубопроводов, соединяющих все производственные и жилые помещения (которые, как было показано, будут организовываться в полостях под поверхностью Луны). Транспортировка легких грузов в пределах этой сети может осуществляться с помощью пневмо- или гидропривода. Для людей и крупногабаритных грузов могут быть пробиты туннели, обеспечивающие движение вагонов с электромеханическим приводом.
Основное внимание целесообразно уделить системе транспортировки грузов с Луны на Землю и на космические объекты искусственного происхождения. Эта «внешняя» транспортная система для упрощения будет именоваться просто «лунной транспортной системой».
Манипулятор — механизм для управления пространственным положением орудий, объектов труда и конструкционных узлов и элементов. Основу манипуляторов составляют пространственные механизмы со многими степенями свободы. Манипуляторы выполняют работы в средах недоступных или опасных, вспомогательные работы в промышленном производстве, используются в медицинской технике. В узком смысле манипулятором называется механическая рука.
Манипулятор — механизм для управления пространственным положением орудий, объектов труда и конструкционных узлов и элементов. Основу манипуляторов составляют пространственные механизмы со многими степенями свободы. Манипуляторы выполняют работы в средах недоступных или опасных, вспомогательные работы в промышленном производстве, используются в медицинской технике. В узком смысле манипулятором называется механическая рука.
2
Исследователи разработали новый тип манипулятора для роботов, которые, благодаря его наличию, станут способны выполнять работы самого разного плана, начиная от сбора овощей и фруктов на сельскохозяйственных угодьях, и заканчивая обслуживанием спутников на околоземной орбите. Манипулятор MASR (minimally actuated serial robot) представляет собой ещё один почти типичный вариант воплощения робота-змеи, состоящего из множества последовательно соединённых сегментов, приводимых в
действие отдельными двигателями. Только в данном случае используются всего два двигателя, один для движения манипулятора по его основанию, а второй - для изгиба манипулятора в нужном месте и в нужном направлении.
действие отдельными двигателями. Только в данном случае используются всего два двигателя, один для движения манипулятора по его основанию, а второй - для изгиба манипулятора в нужном месте и в нужном направлении.
Конвейер — машина непрерывного транспорта, предназначенная для перемещения сыпучих, кусковых или штучных грузов. Важной характеристикой работы конвейера является её непрерывность. Это верно и когда конвейером называют средство для транспортировки грузов на небольшие расстояния, и когда конвейер — система поточного производства на базе двигающегося объекта для сборки. Эта система превратила процесс сборки сложных изделий, значительно повысив его производительность.
В ряде случаев магистральный конвейер в горно-добывающей промышленности способен заменить автопарк карьерных самосвалов, и является полноценным транспортным средством по аналогии с трубопроводным транспортом, но предназначенным не для транспортировки жидкостей, а для транспортировки сыпучих грузов.
В ряде случаев магистральный конвейер в горно-добывающей промышленности способен заменить автопарк карьерных самосвалов, и является полноценным транспортным средством по аналогии с трубопроводным транспортом, но предназначенным не для транспортировки жидкостей, а для транспортировки сыпучих грузов.
Отражение угрозы
Чтобы подготовить и осуществить план по предотвращению столкновения, астероид, в большинстве случаев, должен быть обнаружен за несколько лет до падения. Потенциальное столкновение можно предотвратить за несколько лет до пролёта.
Падение объектов размером в десятки километров может причинить общемировой ущерб, вплоть до гибели человечества. Столкновение десятикилометрового астероида с Землёй оценивается как событие уровня массового вымирания: оно с большой вероятностью нанесёт непоправимый вред биосфере.
Перед принятием подходящего плана действий также необходимо выяснить вещественный состав объекта. Космические аппараты, вроде «Дип Импакт», вполне способны справиться с такой задачей.
Падение объектов размером в десятки километров может причинить общемировой ущерб, вплоть до гибели человечества. Столкновение десятикилометрового астероида с Землёй оценивается как событие уровня массового вымирания: оно с большой вероятностью нанесёт непоправимый вред биосфере.
Перед принятием подходящего плана действий также необходимо выяснить вещественный состав объекта. Космические аппараты, вроде «Дип Импакт», вполне способны справиться с такой задачей.
Будущие программы
1
В рамках проекта «Orbit@home» планируется обеспечить распределённую обработку данных для оптимизации поисковых стратегий. В настоящее время проект заморожен.
2
Система «Asteroid Terrestrial-impact Last Alert», находящаяся в разработке, будет проводить частое сканирование неба с целью обнаружения объектов позднего этапа.
Добыча воды
.
Как известно, на Луне находится множество кратеров со льдом. С восходом Солнца он начинают испаряться, а при понижении температуры начинается процесс замерзания. Поскольку лунный день по земным меркам длится месяц, у молекул воды есть достаточно времени для аккумуляции. По мнению планетолога NASA Тима Ливенгуда, человек может воспользоваться ситуацией.
“Когда поверхность Луны обращается к солнечному свету, мы могли бы закрыть определенную ее часть с помощью прозрачного пластикового купола, — говорит Ливенгуд. — Солнце превращает лед в пар, затем пар вновь замерзает, и мы собираем получившиеся кристаллы”.
Согласно подсчетам, с одного квадратного метра лунной поверхности таким образом можно собрать около 190 миллилитров воды. “Это небольшие объемы по сравнению с теми, что мы могли бы получить с лунных полюсов, однако в данном случае с нашей
стороны потребуются минимальные затраты энергии. Тут просто потребуется терпение”, — считает Ливенгуд.
Согласно подсчетам, с одного квадратного метра лунной поверхности таким образом можно собрать около 190 миллилитров воды. “Это небольшие объемы по сравнению с теми, что мы могли бы получить с лунных полюсов, однако в данном случае с нашей
стороны потребуются минимальные затраты энергии. Тут просто потребуется терпение”, — считает Ливенгуд.
Задолго до этого открытия воды на Луне ученые пытались найти любую воду, которая могла прятаться на ее поверхности. Это ресурс, который будет невероятно ценным для будущих долгосрочных миссий на Луне, поскольку вода необходима для жизни здесь, на Земле. Ее можно перерабатывать в лунной среде обитания или использовать для питья или купания. Также с ее помощью можно было бы выращивать растения, необходимые для питания будущих лунных жителей.
Возможно, самое большое и непосредственное применение для лунной воды — это ракетное топливо. Основные компоненты воды — водород и кислород — два самых важных материала, из которых делают топливо для ракет. И если делать ракетное топливо из воды на Луне, можно было бы здорово сэкономить на проведении амбициозных миссий в космосе. На данный момент, ракеты, покидающие Землю, должны переносить все топливо, которое им нужно, с собой. Но с использованием лунного льда ракеты могли бы заправляться, находясь уже в космосе, и достигать более далеких мест за меньшие деньги. Доставить что-то в космос — всегда дорого. Если вы хотите, чтобы ваш спутник вырвался за пределы земной гравитации, вам понадобится много топлива для вывода на орбиту. По сути, большая часть веса, который несет ракета при запуске, приходится на топливо. И чем глубже в космос вы уходите, тем больше вам нужно топлива. Больше энергии нужно, чтобы оторваться от притяжения планеты. Поэтому миссии в глубокий космос становятся все дороже, потому что ракета нужна большая и топлива нужно много. Вот почему идея лунных разработок так будоражит ум. Воду на Луне можно было бы добывать, разбивать на ракетное топливо и переносить либо на окололунную, либо на низкую околоземную орбиту. Ракетам не нужно быть больших размеров, чтобы возить все топливо с собой. Они просто могли бы стыковаться с заправочной станцией и заправляться для дальних поездок. Доставка лунной воды на низкую околоземную орбиту, например, дешевле, чем посылать ее с Земли, хотя наша планета ближе. На Луне одна шестая гравитации Земли, а значит и энергии нужно меньше, чтобы оторваться от поверхности.
Ученые из Гавайского университета и Университета Брауна проанализировали данные, собранные индийским аппаратом «Чандранаян-1», который отправился к Луне в 2008 году. Используя один из инструментов аппарата, они смогли обозначить области льда на Луне, измеряя отражательную способность воды. Они не только подтвердили, что водный лед присутствует на поверхности Луны, но и что некоторые области на земле состоят на 20-30 процентов из льда. В зависимости от того, как глубоко уходит лед под поверхность, можно было бы наметить места добычи компонентов для ракетного топлива. Но добыть лунную воду будет не так то и просто.
Во-первых, нужно провести обширную разведку. Благодаря исследованию PNAS, ученые по сути создали карту, показывающую, где искать самые сочные участки с водным льдом на лунных полюсах. Следующим шагом будет отправка посадочных модулей и луноходов для поиска лучших участков. Ученые пока не знают, в какой форме лед — в форме слякоти, смешанной с льдом, или в форме твердых блоков, смешавшихся с другим материалом поверхности.
В рамках эксперимента «Чанъэ-4» впервые выращены растения на поверхности Луны в условиях низкой гравитации и сильного космического излучения. На втором этапе эксперимента нужно будет доказать жизнеспособность микроэкологического цикла, то есть изолированной экологической системы.
заключение
Как известно, начало нашего века ознаменовалось бурным развитием астрономии: строились все более грандиозные телескопы, росла разрешающая способность инструментов... Но очень скоро астрономы убедились в невозможности использовать возросшие способности своей аппаратуры в наземных условиях. Из-за неоднородности земной атмосферы (вертикальные конвективные движения воздуха, горизонтальные струйные течения, вызывающие флюктуации плотности атмосферы и др.) изображение небесного объекта в телескопе дрожит и размывается. Создалась парадоксальная ситуация: зеркала больших телескопов, перед которыми проходит много атмосферных неоднородностей, дают подчас даже худшее изображение, чем сравнительно небольшие инструменты. «Бегство в горы», где воздух прозрачней и неоднородностей меньше, несколько улучшает дело, но не настолько, как хотелось бы, поскольку высота земных гор относительно невелика. При попытках проникнуть в ультрафиолетовую и инфракрасную части спектра астрономия столкнулась с еще более жесткими ограничениями, которые несет земная атмосфера: почти весь огромный инфракрасный диапазон заполнен полосами поглощения воды и углекислоты, а ультрафиолетовый участок обрезается полосами поглощения озона, кислорода и азота. Выход один — монтировать астрономические инструменты вне атмосферы. Можно — на орбите. Но почему бы их не переселить на Луну? Ведь там найдется, и из чего монтировать — не придется буквально все возить с поверхности Земли, как это неизбежно в случае околоземной орбитальной станции. «Даровой» вакуум может оказать благоприятное воздействие и на темпы развития ядерной физики. Так что и для фундаментальных наук может оказаться полезным создание автономного лунного производственного центра.
Создано учениками гимназии 24 им. И.А. Крылова
10 б класс
Руководитель 1 команды (поиск информации) - Семенов Максим
Руководитель 2 команды (создание итогового текста) - Липовая Виктория
Руководитель 3 команды (визуализация) - Ульяненко Александра
10 б класс
Руководитель 1 команды (поиск информации) - Семенов Максим
Руководитель 2 команды (создание итогового текста) - Липовая Виктория
Руководитель 3 команды (визуализация) - Ульяненко Александра
