Дом под слоем реголита: какой может стать первая обитаемая база на Луне

Фото: Shutterstock

Ещё в 1969 году Миссия «Аполлон-11» доказала: человек способен добраться до Луны и вернуться обратно. Современные технологии открывают другие перспективы: вместо коротких экспедиций к спутнику Земли — полноценные лунные базы, где люди смогут жить и работать в течение нескольких месяцев. 

Крупные космические державы уже ведут работу по созданию таких комплексов. О том, как они могут быть устроены, откуда будут получать энергию, как будут защищены от радиации и лунной пыли и сколько времени в них сможет находиться экипаж, рассказал профессор кафедры 614 «Экология, системы жизнеобеспечения и безопасность жизнедеятельности» института № 6 «Аэрокосмический» МАИ Александр Белявский.

Не на Луне, а под Луной

В фантастических фильмах лунные поселения часто изображают в виде больших прозрачных куполов с растениями и искусственной экосистемой. Первые реальные базы, вероятнее всего, будут выглядеть не так привлекательно. К тому же, они окажутся не на лунной поверхности, а под ней. 

— Большие купола с растениями могли бы одновременно обеспечивать экипаж пищей, участвовать в очистке воздуха и воды и создавать психологически комфортную среду. Но на первом этапе главной задачей станет не простор, а безопасность, —  говорит Александр Белявский.

Из‑за отсутствия на Луне, как и на Марсе, магнитного поля человек не может жить на поверхности без защиты. Так как привезти на спутник свинцовые панели невозможно, предполагается, что туда сначала доставят луноходы-бульдозеры, которые выроют траншеи. В этих траншеях разместят транспортные посадочные модули — аналогичные тем, из которых собирается МКС. Сверху установят гофрированную конструкцию, после чего бульдозеры засыплют всё это слоем лунного грунта — реголита — толщиной 2-3 метра. Это создаст защиту от галактической и солнечной радиации.

— Сама станция будет минимальной конфигурации: три цилиндрических модуля в виде буквы «Т», объединённых соединительными шлюзами. Один модуль жилой, один лабораторный и один складской. С торцов этой конструкции будет происходить стыковка с пилотируемым луноходом, — поясняет эксперт.

Электростанция для лунной базы

Даже небольшой обитаемый комплекс на Луне будет постоянно потреблять электричество. Оно потребуется системам вентиляции, очистки воздуха и воды, связи, освещения, терморегулирования, научному оборудованию и другим устройствам. Источник энергии должен работать долго и устойчиво, поскольку его отказ напрямую угрожает жизни экипажа.

Начальная потребляемая мощность станции в проекте оценивается в 12 кВт. При разработке концепции рассматривалось использование солнечных батарей, однако их эффективность зависит от места размещения базы и условий освещения. Смена дня и ночи на лунной поверхности происходит не в привычном земном ритме: полный цикл занимает около 29,5 земных суток, поэтому в большинстве районов продолжительный светлый период сменяется столь же долгой темнотой.

— В качестве одного из источников энергии рассматривается термоэмиссионная ядерная энергоустановка. Она может долго работать без обслуживания и обеспечивать базу электричеством. Мощность системы можно увеличивать за счёт дополнительных блоков по мере расширения станции, — объясняет Александр Белявский.

В термоэмиссионном преобразователе нагретый катод испускает электроны, которые движутся к более холодному коллектору и отдают часть тепловой энергии, которая превращается в электрическую. В предложенной схеме источником тепла служит ядерная реакция, а сама установка не нуждается во вращающемся электрогенераторе. Энергоблок предполагается разместить на удалении от жилых модулей, окружить защитным валом из реголита и соединить со станцией кабелем.

Жизнь по земным часам

Проект базы рассчитан на экипаж из трёх человек. Несмотря на необычную продолжительность лунного дня, режим работы предполагается строить по привычному 24-часовому графику. Это позволит сохранить нормальное чередование сна, работы и отдыха, а также согласовать распорядок космонавтов с деятельностью наземного центра управления.

Сила тяжести на поверхности Луны примерно в шесть раз меньше земной. Полной невесомости там нет, но длительное пребывание в условиях пониженной гравитации всё равно будет влиять на мышцы, кости, координацию и работу вестибулярного аппарата. Космонавтам потребуются регулярные физические тренировки, а также подготовка к переходу от земной гравитации к лунной.

— В Московском авиационном институте уже разработан специальный тренажёр для вестибулярного аппарата. Его образцы изготовлены в Научно-исследовательском институте командных приборов, а методика отработана на нашей кафедре. Подобные аппараты можно использовать до полёта и после возвращения, чтобы ускорить адаптацию человека к изменившейся гравитации, — рассказывает эксперт.

Вопрос том, как долго можно жить на Луне, еще не решён окончательно. Продолжительность экспедиции будет зависеть от защищённости модулей, накопленной дозы радиации, состояния экипажа и возможностей систем жизнеобеспечения. По оценкам Александра Белявского, максимальный срок пребывания людей на Луне составит шесть месяцев, после чего людей должна сменить следующая вахта. 

Пыль, которая проникает повсюду

За миллиарды лет удары метеоритов раздробили верхний слой лунной поверхности на фрагменты разного размера — от камней до тонкого порошка. В отличие от земных песчинок, его частицы не подвергаются постоянному воздействию воды и ветра, поэтому многие из них сохраняют неровную и острую форму.

Частицы лунного грунта — реголита — прилипают к поверхностям и действуют как абразив: они повреждают защитные покрытия, уплотнения, шарниры и другие подвижные элементы. Попав на скафандр, реголит может проникнуть в шлюз, а затем и в жилые помещения, где будет представлять опасность уже не только для аппаратуры, но и для здоровья экипажа.

— Лунная пыль очень мелкая и обладает высокой адгезией, поэтому прилипает практически ко всему. Она способен стирать поверхности, засорять аппаратуру и нарушать работу радиаторных теплообменников. Поэтому необходимо создавать специальные системы очистки и проектировать шлюзы таким образом, чтобы как можно меньше пыли попадало внутрь станции, — подчёркивает Александр Белявский.

Сегодня в МАИ и других научных институтах разрабатывают средства очистки оборудования от лунной пыли, методы удаления пыли при выходе на поверхность, проектируют шлюзы особой конструкции и скафандры, устойчивые к налипанию пыли.

Ресурсы Луны вместо грузов с Земли?

На первых этапах воду, продукты, запасные части и другие необходимые материалы придётся доставлять с Земли. Чем дольше будет работать база, тем дороже окажется её снабжение. Снизить зависимость от грузовых экспедиций можно только в том случае, если хотя бы часть ресурсов удастся получать непосредственно на Луне.

В лунных породах содержится кислород, но не в свободном виде, а в составе минералов. В постоянно затенённых областях возле полюсов обнаружены запасы водяного льда. Теоретически такую воду можно использовать для питья и технических нужд, а после разложения на водород и кислород — для получения компонентов топлива. 

— На базе можно будет исследовать эти технологии, а также пробовать выращивать растения и животных. Эти решения особенно важны для дальних миссий, в которых регулярное снабжение с Земли станет ещё сложнее, — говорит эксперт.

Зачем нужна лунная база?

По мнению Александра Белявского, Луна должна стать плацдармом для изучения влияния лунных условий на человека и разработки новых методов защиты от радиации, обкатки транспортных систем, новых материалов и технологий производства, а также для отработки систем жизнеобеспечения и медицинских технологий для полётов в дальний космос.

Ещё одно перспективное направление исследований — астрономические наблюдения. Обратная сторона Луны частично экранирована от радиосигналов с Земли, поэтому там можно размещать инструменты для изучения диапазонов, наблюдениям в которых мешают земные радиопомехи. Для работы подобных обсерваторий, впрочем, потребуется отдельная система связи, поскольку прямой радиоканал с Землёй на обратной стороне отсутствует.

А вот о переселении человека на поверхность спутника речь пока не идёт.

— Для постоянного проживания на Луне потребуется эволюционная адаптация человечества к радиации или создание мощной искусственной защиты, сравнимой с земным магнитным полем. Космос – это очень недружелюбное место. Поэтому пока наиболее реалистичный вариант – вахтовые базы для научных и промышленных задач. Хотя высадка туристов на Луну с кратковременным визитом — это уже обозримое будущее, а не далёкая перспектива, — отмечает Александр Белявский.