Не повторить 1969-й: какую Луну теперь собирается осваивать человечество

Фото: Shutterstock

После миссии «Аполлон-17» в декабре 1972 года люди больше не выходили на поверхность Луны. Полувековая пауза может показаться странной: человечество уже доказало, что способно преодолеть сотни тысяч километров, совершить посадку и вернуться на Землю. Однако повторить тот рывок оказалось проще, чем превратить Луну в место постоянной работы. Для этого нужны не отдельные экспедиции, а целая инфраструктура: транспорт, энергетика, связь, навигация, защищённые жилые модули и системы, способные поддерживать жизнь без постоянных поставок с Земли. Именно поэтому новая лунная гонка начинается не с вопроса, кто первым установит флаг, а с гораздо более сложной задачи — кто сумеет остаться.

Почему интерес к Луне вернулся именно сейчас, что мешает длительному присутствию человека и зачем будущей базе собственные системы связи и навигации, в рамках проекта «Как это работает?», реализуемого при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий, рассказал профессор института № 6 «Аэрокосмический» Московского авиационного института Александр Евгеньевич Белявский.

Высадиться оказалось проще, чем остаться

Между запуском первого искусственного спутника Земли в 1957 году и высадкой «Аполлона-11» прошло менее 12 лет. Всего американская программа привела к шести успешным высадкам, последней стала экспедиция «Аполлон-17».

Цена рывка была высокой. Экипаж «Аполлона-1» погиб при пожаре во время наземного испытания, а авария «Аполлона-13» превратила полёт в операцию по спасению астронавтов. Тем не менее основные задачи выполнили: доказали возможность пилотируемой посадки, провели исследования и доставили лунный грунт.

— В некотором смысле программа «Аполлон» была аномалией в поступательном технологическом развитии. Человечество сумело высадиться на Луне, но технологии того времени ещё не позволяли долго работать на её поверхности. Новый интерес стал закономерным итогом развития науки и технологий за последние 50 лет, — объясняет Александр Белявский.

Сегодня робототехника, энергетика и цифровая связь позволяют создавать инфраструктуру поэтапно: сначала отправлять автоматы и грузы, затем расширять присутствие людей. В центре нынешних программ — базы для вахтовой работы. По оценке Александра Белявского, первые лунные базы могут появиться уже в ближайшие десятилетия. Для защиты экипажей жилые модули придётся заглублять, укрывать слоем реголита или размещать в естественных полостях. 

Эксперт сравнивает этот переход с освоением огня, земледелия и обработки металлов. Речь идёт не о рекорде, а о расширении пространства человеческой деятельности. Луна может стать первым полигоном для освоения других объектов Солнечной системы.

Справка: 17 ноября 1970 года станция «Луна-17» доставила «Луноход-1» — первый колёсный аппарат, исследовавший поверхность другого мира. Им управляла с Земли команда из пяти человек. Рассчитанный примерно на три месяца аппарат работал до осени 1971 года. Этот опыт показал, что освоение Луны с самого начала зависело от связи, передачи изображений и дистанционного управления транспортом.

Наука, ресурсы и проверка технологий

Современные программы одновременно решают научные, инженерные, экономические, политические и стратегические задачи. Так, например, на Луне можно изучать раннюю историю Солнечной системы и проверять технику в условиях вакуума, радиации, пыли и пониженной гравитации. Параллельно формируется рынок доставки грузов, связи и навигации. В полярных районах Луны был обнаружен водяной лёд. В перспективе из него можно получать воду, кислород и компоненты топлива, сокращая объём грузов с Земли. Но сначала предстоит понять, насколько доступны запасы и можно ли извлекать их с приемлемыми затратами. Александр Белявский обращает внимание и на металлы, которые миллиарды лет могли попадать на Луну с метеоритами, включая теоретически ценные и редкоземельные элементы. Магнитные и спектральные аномалии помогают выбирать районы для изучения, но не доказывают существование рентабельных месторождений: нужны бурение и анализ образцов.

— Здесь сходятся все цели сразу. Прежде всего нужно понять, как созданные человечеством технологии будут работать при длительной эксплуатации в другой среде и какие возможности действительно даёт сама Луна, — подчёркивает профессор.

Главная проблема — не ракета

Космические корабли, двигатели, автоматические станции и луноходы уже существуют. По словам Александра Белявского, технически аппарат можно отправить даже к Марсу, обеспечив его топливом. Сложнее сохранить здоровье человека во время долгого полёта и безопасно вернуть его на Землю. На Луне сила тяжести примерно в шесть раз меньше земной, нет защиты от космической радиации, а абразивная пыль опасна для оборудования и организма. Опыт орбитальных станций не показывает полностью, как на человека повлияет длительная жизнь при лунной гравитации.

Главным «бутылочным горлышком» Белявский называет системы жизнеобеспечения с высокой степенью замкнутости. База должна восстанавливать воду и воздух, перерабатывать отходы, контролировать здоровье экипажа и меньше зависеть от поставок. Полностью регенерировать пищу человечество пока не умеет: растения выращивают, но устойчивой системы полноценного питания ещё нет.

— Необходимо создать базу с замкнутой системой жизне- и медико-технического обеспечения, а также отработать доставку людей и их возвращение. Без этого дальше мы не продвинемся, — говорит Александр Белявский.

Лунная база начинается со связи?

Экипажам, луноходам, грузовым платформам, научным приборам и орбитальным аппаратам потребуется постоянно обмениваться командами, координатами, телеметрией, изображениями и медицинскими данными. Одного прямого канала с Землёй для этого недостаточно: рельеф может закрывать сигнал, а на обратной стороне Луны непосредственная радиосвязь с наземными центрами невозможна. Поэтому будущая инфраструктура должна включать орбитальные ретрансляторы и средства автономной навигации.

В российской лунной программе одну из таких задач должна решать орбитальная станция «Луна-26». Аппарат предназначен для дистанционного исследования спутника Земли и создания подробной карты его поверхности. Полученные данные планируется использовать при выборе районов посадки и для автономной навигации следующих миссий. Кроме того, «Луна-26» должна выполнять функции ретранслятора, обеспечивая связь с аппаратами, работающими на поверхности, в том числе с посадочной станцией «Луна-27».

Подробная карта для лунного транспорта — не просто изображение местности. Она должна помогать аппаратам сопоставлять увиденный рельеф с заложенными данными, уточнять своё положение, выбирать безопасный маршрут и обходить препятствия. Это особенно важно из-за задержки радиосигнала: оператор на Земле не сможет управлять луноходом так же быстро, как обычным автомобилем. Машине придётся самостоятельно оценивать обстановку и продолжать движение при временной потере связи.

Зарубежные лунные программы развиваются в том же направлении, однако для России принципиально важно сформировать собственные средства картографирования, навигации и передачи данных. Без них отдельные посадочные станции и луноходы не смогут превратиться в единую систему, рассчитанную на длительную работу.

Что лунные программы дадут Земле?

Освоение Луны обязательно потребует создания техники, которая долго работает без ремонта, самостоятельно принимает часть решений и сохраняет работоспособность при перебоях связи. Эти же качества необходимы оборудованию, которое используется, например, в труднодоступных районах России. Автономные транспортные платформы могут применяться на арктических территориях, удалённых месторождениях, в шахтах и зонах чрезвычайных ситуаций. Там машины должны обследовать местность, доставлять грузы, находить повреждения и выполнять опасные операции без постоянного присутствия человека.

Отдельное направление — управление группами роботов. На лунной базе разные аппараты будут перевозить оборудование, исследовать поверхность, прокладывать маршруты и обслуживать инфраструктуру. Похожие системы могут использоваться при освоении Арктики, проведении поисково-спасательных работ и эксплуатации крупных промышленных объектов. Вместо того чтобы управлять каждой машиной вручную, оператор сможет ставить общую задачу, а техника — распределять действия между собой и сообщать только о ситуациях, требующих вмешательства.

Не менее важны технологии связи. Для Луны необходимы ретрансляторы, устойчивые каналы передачи данных и навигационные системы, способные работать при отсутствии постоянного контакта с центром управления. На Земле подобные решения востребованы на Северном морском пути, в малонаселённых регионах, на морских судах и удалённых производственных площадках. Разработки для космических миссий могут помочь обеспечить связь там, где строительство обычной наземной сети слишком сложно или экономически невыгодно.

Системы жизнеобеспечения также имеют земное применение. Оборудование для очистки и повторного использования воды, восстановления воздуха, контроля его состава и переработки отходов может быть полезно на полярных станциях, подводных объектах, судах и в изолированных поселениях. На Луне такие технологии должны работать особенно надёжно, поскольку доставить запас воды или заменить неисправный узел быстро невозможно. Жёсткие требования космоса заставляют снижать энергопотребление, уменьшать массу оборудования и повышать срок его службы — а затем эти решения можно адаптировать для земных условий.

Развитием таких систем занимаются специалисты разных направлений — стать которыми, при желании, можно даже проработал большое количество времени в другой отрасли: сменить профессию на перспективную никогда не поздно. Так, например, инженеры по телекоммуникациям создают аппаратуру связи и рассчитывают каналы передачи данных, разработчики навигационных систем обеспечивают точную посадку и движение транспорта, а робототехники и программисты учат машины распознавать препятствия и действовать автономно. Конструкторы проектируют луноходы, транспортные платформы и герметичные модули, материаловеды ищут способы защитить их от пыли, радиации и перепадов температуры, специалисты по биотехническим системам вместе с медиками отвечают за безопасную среду для человека.

Таким образом наглядно видно, что лунная программа — это не узкое направление для специалистов по ракетам. Она объединяет космическую связь, транспорт, энергетику, медицину, программирование, материаловедение и робототехнику. Лунные проекты дают молодым инженерам возможность работать на стыке электроники, программирования, механики, медицины и материаловедения — там, где результат одной команды становится условием работы всех остальных. Для российской промышленности — это шанс создавать технологии, способные работать не только в космосе, но и в самых сложных и удалённых районах страны.

— Все яйца не стоит хранить в одной корзине. Будет хорошо, если представители человечества окажутся в разных уголках Солнечной системы. Мы имеем счастье быть свидетелями начала этого нового этапа, — заключает Александр Белявский.