Переступить земной порог: человека уже готовят к жизни на Луне?

Фото: Пресс-служба МАИ / Архив

«Луну начинают делить — хотим мы этого или нет», — так академик РАН, научный руководитель Института космических исследований РАН Лев Зелёный весной 2026 года охарактеризовал новый этап освоения спутника Земли. За этой формулировкой стоит не сюжет о скором переселении человечества, а вполне практическая конкуренция: государства определяют приоритетные районы исследований, изучают ресурсы и готовят инфраструктуру, которая позволит проводить на Луне не разовые экспедиции, а длительную научную работу.

Вернуться на Луну и научиться там жить — задачи разного масштаба. Для посадки достаточно доставить экипаж на поверхность и обеспечить его возвращение. Для постоянной базы придётся создать целую искусственную среду: защитить людей от радиации и вакуума, поддерживать давление и температуру, очищать воздух, экономно расходовать воду и энергию, предотвращать аварии и ремонтировать оборудование вдали от Земли. Даже обычный вход в помещение превратится в сложную инженерную операцию.

Одной из первых преград на этом пути окажется лунная пыль. Она будет возвращаться вместе с космонавтами после каждого выхода, оседать на скафандрах и инструментах, проникать в механизмы и попадать в воздух обитаемых отсеков. Поэтому шлюз будущей станции должен выполнять роль не просто двери, отделяющей вакуум от жилого пространства, а полноценного защитного рубежа.

Учёные Московского авиационного института по заказу госкорпорации «Роскосмос» разработали проект прототипа шлюзового модуля обитаемой станции на Луне. О том, почему борьба с реголитом требует объединить конструкторские, физические, медицинские и экологические решения, в рамках проекта «Как это работает?», реализуемого при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Десятилетия науки и технологий, рассказал руководитель проекта, исполняющий обязанности заведующего кафедрой 614 «Экология, системы жизнеобеспечения и безопасность жизнедеятельности» МАИ, профессор Александр Белявский.

Порог будущей базы

Разработка предназначена для проверки технологий, которые могут лечь в основу отечественной программы освоения Луны. Согласно проекту, диаметр модуля составит 2,2–2,4 метра. Внутри разместят системы подключения скафандров к бортовому питанию, компрессии и декомпрессии, теплового контроля и другое оборудование, необходимое для подготовки космонавтов к выходу на поверхность и возвращению внутрь базы.

Главной задачей прототипа станет испытание различных способов удаления лунной пыли с экипировки и оборудования. На Земле подобное загрязнение можно стряхнуть, смыть или собрать системой вентиляции. На Луне те же способы могут оказаться недостаточно эффективными, поскольку реголит формировался в условиях, которых нет на нашей планете.

— Лунная пыль значительно отличается от земной. Частицы реголита – лунного грунта – на протяжении миллиардов лет подвергались бомбардировке метеоритами и воздействию жёсткого солнечного излучения. В результате они превратились в микроскопические осколки с острыми, зазубренными краями неправильной формы. Такие частицы вызывают раздражение кожи, аллергические реакции и повреждение слизистых, а при вдыхании могут повредить лёгочную ткань, — пояснил Александр Белявский.

Реголит опасен не только для здоровья экипажа. Острые частицы забиваются в шарниры, уплотнения и другие подвижные соединения, ускоряют износ поверхностей и постепенно выводят механизмы из строя. На Земле повреждённую деталь можно заменить или отправить в ремонт, однако на лунной базе отказ даже небольшого узла способен повлиять на работу целой системы.

Дополнительную проблему создаёт электростатический заряд. Из-за него пыль прочно удерживается на скафандрах, инструментах и элементах техники, поэтому одного механического очищения может оказаться недостаточно. Среди возможных способов борьбы рассматривается подача переменного тока на внешнюю оболочку скафандра: заряженные частицы должны перемещаться под действием электрического поля и отделяться от поверхности.

Но снять пыль со скафандра — только половина задачи. Отделившиеся частицы окажутся внутри переходной камеры, где из-за слабой лунной гравитации не осядут на пол так быстро, как на Земле.

— Однако пыль в переходной камере из-за слабой лунной гравитации будет висеть часами. Поэтому необходимы комплексные решения, которые также включают очистку воздуха перед тем, как космонавты откроют внутренний люк и войдут в базу. Эти технологии специалисты будут проверять на экспериментальном модуле, — рассказал профессор.

Пыль, которую нельзя просто стряхнуть

Будущий шлюз должен последовательно разделять поверхность Луны и обитаемую часть станции. Сначала космонавт или герметичная кабина лунохода попадает в переходную камеру. Затем начинается очистка скафандра, инструментов и оборудования, после чего системы фильтрации удаляют частицы из воздуха. Только когда концентрация загрязнений снизится до безопасного уровня, можно будет открыть внутренний люк.

Скорее всего, решить проблему одним устройством не получится. Механические системы могут удалять крупные загрязнения, электрическое поле — отделять заряженные частицы, а вентиляция и фильтры — не допускать их переноса в жилые помещения. Инженерам предстоит определить, какое сочетание методов окажется достаточно эффективным и при этом не потребует чрезмерных затрат энергии, массы и внутреннего объёма.

На Луне эти ограничения особенно жёсткие. Каждый дополнительный агрегат необходимо доставить с Земли, подключить к системе электропитания, защитить от перегрева и предусмотреть возможность ремонта. Даже эффективная технология очистки может оказаться непригодной для настоящей станции, если она слишком тяжела, быстро изнашивается или требует постоянной замены расходных материалов.

Шлюз поэтому нельзя проектировать отдельно от остальных частей базы. Его работа связана с вентиляцией, поддержанием давления, энергоснабжением, тепловым режимом и системой аварийной защиты. Изменение одного параметра неизбежно влияет на соседние: более мощная очистка требует дополнительной энергии, увеличение числа фильтров усложняет обслуживание, а сокращение времени декомпрессии может повысить нагрузку на человека и оборудование.

Как предполагают разработчики, лунная база в начальной конфигурации будет состоять из трёх модулей, соединённых через центральную переходную камеру в виде буквы «Т». В комплекс войдут жилой, лабораторный и складской отсеки, рассчитанные на постоянное проживание трёх человек или кратковременное пребывание до шести космонавтов.

Для защиты от галактического излучения модули планируется заглубить в грунт на 1,5–2 метра. В каждом торце Т-образной конструкции предполагается разместить шлюзовые отсеки, через которые космонавты смогут выходить на поверхность в скафандрах или покидать станцию в герметичной кабине лунохода.

Испытать жизнь до высадки

Прототип шлюзового модуля построят в составе экспериментального макета лунной базы, который создаётся в Москве. В него войдут одна жилая и одна шлюзовая камера. Вокруг конструкции сформируют искусственный лунный ландшафт и насыплют аналог реголита, чтобы приблизить испытания к условиям предполагаемой эксплуатации.

Такой макет позволит проверять не только отдельные устройства, но и последовательность действий экипажа. Инженерам важно понять, сколько времени займёт возвращение космонавта, сможет ли он управлять оборудованием в массивном скафандре, где будет скапливаться пыль и насколько быстро системы очистят воздух. Иногда именно взаимодействие человека с техникой обнаруживает недостатки, которые невозможно увидеть в расчётах.

Борьбой с реголитом программа испытаний не ограничится. На макете планируется проверять средства защиты от космической радиации, способы аварийного спасения людей и методы поддержания внутри помещений необходимых температуры и давления. Все эти системы образуют единую среду, от которой будет зависеть безопасность экипажа.

Например, при нарушении герметичности недостаточно просто иметь прочный корпус. Датчики должны быстро обнаружить утечку, автоматика — определить повреждённый участок и изолировать его, а экипаж — получить понятный алгоритм действий. Одновременно необходимо сохранить работоспособность вентиляции, связи и электропитания, не допустив цепной реакции отказов.

Не менее сложная задача — обеспечить повседневную жизнь. В замкнутом пространстве придётся постоянно контролировать состав атмосферы, удалять углекислый газ и загрязнения, поддерживать влажность, восстанавливать воду и следить за состоянием людей. Чем дольше длится миссия, тем важнее становятся замкнутые циклы: база не сможет полностью зависеть от доставки воздуха, воды, запасных частей и расходных материалов с Земли.

Поэтому экспериментальный макет не следует воспринимать как уменьшенную копию уже готовой станции. Его задача — заранее найти слабые места, столкнуть расчётные решения с реальной эксплуатацией и понять, как отдельные устройства поведут себя в общей системе. На Луне цена обнаруженной слишком поздно ошибки будет несравнимо выше, чем в земной лаборатории.

Профессии для жизни вне Земли

Чем подробнее исследователи разбирают устройство будущей станции, тем очевиднее становится: в этой области остаётся огромное количество нерешённых задач. Лунную базу невозможно создать силами представителей одной профессии. Здесь пересекаются космическое машиностроение, физика, медицина, экология, материаловедение, энергетика, программирование и исследования человеческого поведения.

Работа начинается с архитектуры станции. Инженеры-конструкторы определяют форму герметичных модулей, рассчитывают переходные узлы и механизмы шлюзов, ищут компоновку, при которой экипаж сможет безопасно перемещаться и обслуживать оборудование. Но их расчёты сразу выводят на следующую задачу: конструкция должна выдерживать давление, перепады температур, воздействие радиации и абразивного реголита, не становясь при этом слишком тяжёлой. Поэтому рядом с конструкторами работают специалисты по прочности и материаловеды, создающие покрытия, уплотнения и элементы, способные годами сохранять свои свойства в агрессивной среде.

За прочной оболочкой начинается другой профессиональный мир — обеспечение жизни человека. Инженеры систем жизнеобеспечения отвечают за воздух, воду, вентиляцию, температурный режим и удаление отходов. Однако определить безопасные параметры без участия врачей и физиологов невозможно. Специалисты по аэрокосмической медицине изучают, как сниженная гравитация, радиация, изоляция и лунная пыль влияют на организм, а биомедицинские инженеры создают датчики и системы, которые смогут отслеживать состояние экипажа вдали от земной клиники.

Особенно много работы предстоит вокруг реголита. Физики исследуют его заряд и движение в электрических полях, инженеры-электронщики разрабатывают системы электростатической очистки, а специалисты по фильтрации и экологической безопасности ищут способы удержать частицы внутри шлюза. Для материаловедов эта же проблема открывает собственное направление: необходимо создавать поверхности, к которым пыль будет прилипать меньше, и защищать наиболее уязвимые элементы механизмов от абразивного износа.

Когда множество отдельных устройств объединяется в одну станцию, всё больше задач переходит к специалистам по автоматическому управлению. Они создают алгоритмы контроля атмосферы, обнаружения утечек, переключения между штатными и аварийными режимами. Программисты и разработчики цифровых двойников позволяют заранее разыграть тысячи сценариев, а робототехники проектируют машины, способные осматривать модули, очищать оборудование и выполнять опасные операции без непосредственного участия человека.

При этом сложные технические решения должны оставаться удобными для экипажа. Специалисты по эргономике проверяют, сможет ли космонавт в скафандре пройти через узкий отсек, дотянуться до панели или заменить фильтр. Эксперты по человеческому фактору оценивают, как освещение, шум, расположение оборудования и продолжительная изоляция повлияют на внимание, утомляемость и действия людей во время аварии.

Даже этот круг профессий не охватывает всей отрасли. Интересные проекты ждут специалистов по энергетике, дальней космической связи, навигации, автономному ремонту, радиационной защите и использованию местных ресурсов. Кому-то предстоит проектировать солнечные электростанции, кому-то — роботизированную технику для строительства и перемещения грунта, а кому-то — системы связи, которые не позволят экипажу потерять контакт с Землёй.

Именно поэтому молодой специалист может войти в лунную программу с разных сторон. Один начинает с расчёта корпуса, другой — с программирования, третий — с физиологии человека или исследования новых материалов. Важна не попытка освоить все области сразу, а способность глубоко понимать свою задачу и видеть, как её решение влияет на работу всей станции.

Где учатся проектировать внеземную среду

Отдельной специальности «строитель лунной базы», конечно же, не существует. Образовательная траектория зависит от того, какой частью будущей среды хочет заниматься человек. Будущим конструкторам подходят ракетно-космические системы, проектирование летательных аппаратов, механика и материаловедение. Тем, кого интересуют автономная атмосфера и микроклимат, нужны знания по теплофизике, газодинамике, экологии и автоматическому управлению. А путь к аэрокосмической медицине проходит через сочетание инженерной и биомедицинской подготовки.

В МАИ профильная кафедра 614 готовит специалистов в области проектирования и медико-технического обеспечения систем жизнеобеспечения ракетно-космических комплексов, а также экологической безопасности аэрокосмической деятельности. Среди актуальных образовательных траекторий — «Системы обеспечения жизнедеятельности летательных аппаратов», «Инженерное дело в аэрокосмической медицине», «Экологическая безопасность аэрокосмической деятельности» и магистерская программа, связанная с медико-техническим и информационно-психологическим обеспечением ракетно-космических комплексов.

На таких программах будущие специалисты изучают не только устройство систем жизнеобеспечения, но и методы цифрового проектирования, мониторинг физиологических параметров, экологическую безопасность и испытания оборудования. Возможные профессиональные роли также не ограничиваются конструктором: выпускники могут заниматься расчётами, испытаниями, эксплуатацией, системной инженерией и программным обеспечением.

Смежные траектории существуют и в других российских университетах. В МГТУ имени Н. Э. Баумана подготовка в области холодильной, криогенной техники, кондиционирования и жизнеобеспечения связана в том числе с созданием систем для авиационно-космической техники. Тем, кто хочет заниматься воздействием излучения и защитой человека, могут быть полезны программы НИЯУ МИФИ в области радиационной физики и безопасности.

Однако название программы само по себе не гарантирует входа в передовой космический проект. Особенно важны лабораторная работа, участие в студенческих конструкторских бюро, исследованиях и экспериментах с реальным оборудованием. Именно там студент учится сопоставлять расчёт с поведением прототипа, анализировать отказы и понимать, почему удачная модель на экране иногда не выдерживает первого испытания.

Начало профессионального пути при этом может выглядеть гораздо скромнее, чем строительство целой базы. Студент может разрабатывать фильтр, моделировать движение пыли, рассчитывать тепловой режим небольшого отсека, создавать датчик давления или подбирать материал для уплотнения. Но в космической системе не существует незначительных деталей: каждая из них однажды может оказаться между человеком и средой, в которой он не способен выжить без техники.

Шлюзовой модуль раскрывает лишь одну из множества задач освоения Луны. За его пределами остаются энергетика, связь с Землёй, автономная медицина, переработка ресурсов, ремонт оборудования, строительство и защита экипажа во время длительных экспедиций. Российские технологии в этой области продолжают развиваться не только вслед за готовыми планами миссий, но и на опережение — чтобы проверить решения ещё на Земле, прежде чем от них станет зависеть жизнь человека.

Переступить земной порог человечество сможет не в тот момент, когда очередной аппарат коснётся поверхности Луны. Настоящий переход начнётся тогда, когда люди научатся создавать за пределами своей планеты безопасную среду — и даже частица пыли уже не сможет беспрепятственно проникнуть в их новый дом.