Проблемы освоения Луны
Развитие космической техники неизбежно приведет человечество к тому, что через несколько десятилетии понятие «ближний космос» будет включать и Луну. Вначале пилотируемые космические корабли и орбитальные станции перейдут на более высокие геостационарные орбиты и в окололунное пространство. Следующим шагом будет начало освоения Луны — создание на ее поверхности постоянно действующей обитаемой базы.
Однако позволительно спросить: зачем людям нужна Луна? Какая от нее может быть польза?
В последние годы в хозяйственной деятельности человечества наметилась новая цель — изучение и использование внеземных природных ресурсов. Мы столкнулись с проблемой нехватки источников энергии, полезных ископаемых, запасов чистой пресной воды. Надо искать замену тому, что исчезает на нашей планете. И люди невольно обращают свой взгляд на Лупу — ближайший объект в космическом пространстве. Близость Луны к Земле и ее доступность для новой космической техники позволяют вовлечь Луну в круг земных проблем.
Когда мы говорим о целесообразности использования ресурсов Луны, то это не только поиски и разработка ее полезных ископаемых. В соседнем мире мы не найдем богатых рудных месторождений, пластов каменного угля и, видимо, запасов нефти. Зато наш естественный спутник обладает многими другими важными потенциальными ресурсами, и по мере развития космонавтики люди непременно будут их использовать.
Высокий уровень индустриализации современного общества с каждым годом приближает нас к глобальной экологической катастрофе. Но как может помочь нам Луна, если на ней нет ни атмосферы, ни даже маленького озерца?
Конечно, никто не собирается возить с Луны воздух и воду. Но ведь можно вывезти с Земли на Луну нашу индустрию, особенно наши вредные радиоактивные и химические производства. Понятно, что для осуществления такой грандиозной промышленной перестройки земной цивилизации предстоит проделать трудный и сложный путь, и начало этому пути должно быть положено уже в первой половине XXI века.
Прежде чем устраивать на Луне поселения, необходимо подумать: как обеспечить ее жителей кислородом и водой? Как наладить добычу жизненно необходимых веществ па месте? Ведь не возить же все с Земли!
По имеющимся прогнозам, основные породообразующие минералы на Луне — пироксен, плагиоклаз, ильменит — содержат в среднем 40% кислорода. Вот они и должны послужить исходным материалом для получения кислорода. Технология получения кислорода из лунного грунта уже отработана в наземных лабораториях. В США разработан проект автоматизированного завода для промышленного производства кислорода на Лупе. Производительность такого завода — до 1000 т кислорода в год.
Среди первоочередных задач, помимо создания па Луне запасов жидкого кислорода, стоит задача получения и накопления воды. Известно, что лунные породы обезвожены. По не исключено, что в коре Луны содержится много воды в виде подповерхностных ледников. И вполне возможно, что открытые в последние годы так называемые лунные купола являются не чем иным, как гидролакколитами — вершинами подлунных наледей. А пока этот вопрос будет выясняться, придется наладить производство воды на Луне химическим путем.
Потоки солнечного ветра (солнечных корпускул) и галактические космические лучи представляют собой почти чистый водород с примесью гелия. Расчет показывает, что за 1 млрд лет на каждый квадратный сантиметр лунной поверхности в виде корпускулярного излучения должно было упасть около 10 г водорода.
Основной технологический процесс получения водорода из лунных пород — это их нагревание до высоких температур. Затем водород подается в установку, которая загружена кислородсодержащей породой, например ильменитом. Здесь он вступает в химическую реакцию с кислородом, в результате чего образуется водяной пар. Для получения воды пар охлаждают. Судя по земным экспериментам, выход воды при обработке 45 кг ильменита составляет 450 г.
Приведем еще один пример: в 20 кг лунной породы (реголита) содержится такое количество кислорода, которое вполне достаточно для дыхания одного человека в течение суток.
Из лунного грунта можно добывать и другие нужные химические вещества. Словом, запасы минерального сырья па Луне так велики, что со временем отпадет всякая необходимость в их доставке с Земли. Это позволяет надеяться, что Луна может быть успешно освоена и заселена людьми.
Проблема заселения Лупы людьми — это прежде всего проблема строительства таких лунных жилищ, внутри которых были бы созданы земные условия. Они должны надежно изолировать людей от безвоздушного космического пространства, препятствовать резким колебаниям температуры, защищать от метеоритов и опасных излучений. Для этого отсеки лучше всего помещать в специальные углубления, а сверху засыпать толстым слоем лунного грунта.
Упрятанное от враждебной человеку космической среды, лунное жилище будет связано воздухопроводами с оранжереей, расположенной на поверхности Луны. Оранжерея тоже должна быть герметично изолирована от окружающего ее безвоздушного пространства. Она обильно облучается солнечными лучами, и произрастающие в ней растения очищают искусственную атмосферу от углекислоты и насыщают ее кислородом. Со временем па Луне будет налажено производство своих продуктов питания.
Надо подумать об источниках энергии для лунной базы. Главным направлением развития лунной энергетики должно быть использование солнечной энергии путем преобразования ее в электрическую. Прообраз таких установок — солнечные батареи, которые широко применяются на различных космических аппаратах.
Из-за отсутствия на Луне атмосферы па единицу ее поверхности приходится примерно в 3 раза больше солнечной радиации (лучистой энергии), чем на единицу поверхности Земли. Следовательно, в смысле облучения солнечными лучами поверхность Луны эквивалентна поверхности всех земных материков. И если бы удалось замостить какую-то ее часть полупроводниковыми фотоэлементами и найти способы передачи энергии на Землю, то Луна могла бы стать для нас, пожалуй, самой главной электростанцией. Правда, у такой электростанции есть существенный недостаток: она вырабатывает электрическую энергию только в дневное время.
Но есть и другие источники энергии, действие которых не зависит от времени суток, например ядерные энергоустановки. Решение энергетической проблемы человечество возлагает также на управляемые термоядерные реакции. Одна из таких реакций — слияние ядер дейтерия (тяжелого водорода) и изотопа гелия (гелий-3). Эта реакция совершается при малых затратах и почти полном отсутствии радиоактивных отходов, что исключает опасность радиоактивного заражения окружающей среды.
На Земле изотоп гелия встречается очень редко. Зато па Лупе, приносимый солнечным ветром, он в течение 4 млрд лет впитывался в лунный грунт. Результаты лабораторного анализа лунного грунта показывают, что в поверхностном слое реголита накопилось порядка 1 млн т запасов гелия-3. Такого количества ядерного топлива хватило бы на десятки тысяч лег не только для лунных поселений, но и для всего человечества.
Богатства Луны огромны! Надо только научиться их добывать и рационально использовать для развития лунной индустрии и энергетики. Когда Луна станет местом сосредоточения промышленности землян, паша голубая планета Земля превратится в подлинный оазис жизни.
Источник
Все проблемы освоения луны
Луна — естественный спутник Земли и самый яркий объект на ночном небе. Эта планета все больше привлекает землян возможностью использовать ее уникальные условия и ресурсы.
Марс всегда привлекал человечество своей необычностью: красная планета, планета земной группы, где когда-то было много воды и теплый климат. А значит, если верна теория, что жизнь зародилась благодаря естественному химическому развитию, то она могла быть и на Марсе[1].
Если мы найдем там следы жизни, прошлой или настоящей, то сможем изучить их и получить доказательства того, что эволюционное развитие от простых химических элементов к сложным характерно для всей Вселенной. Сейчас человечество заперто на одной планете и любая катастрофа способна погубить нас или отбросить в пещерный век. Человечеству для уверенного выживания нужно расселиться на другие планеты. В 2012году Международная рабочая группа космических держав выработала специальную «дорожную карту», в которой определялось три направления: Луна как промежуточная точка для испытания новых технологий, освоение новых подходов полета человека в космос и шаг в сторону Марса[2].
Цель: Изучить проблемы, возникающие при освоении Луны и Марса.
1. Выявить проблемы, возникающие при освоении Луны и Марса и связаные с полетом к небесному телу, посадкой и взлетом с него, с пребыванием на небесном теле.
2. Сравнить выявленные проблемы по освоению Луны и Марса между собой.
3. Сделать выводы, какое из сравниваемых небесных тел проще освоить в ближайшие десятилетия.
Проблемы освоения Луны и Марса
Человечеству предстоит решить множество сложных задач: наладить космическое сотрудничество между Россией и другими ведущими странами, ведущие мировые страны должны обнаруживать и предотвращать враждебные намерения или террористические группы, которые могут развернуть оружие в космосе или атаковать навигационные, коммуникационные спутники и спутники наблюдения. Создать сборочные платформы на низкой околоземной орбите Земли, для строительства межпланетных кораблей. Сделать челнок, который сядет на Марс, а потом взлетит с людьми на борту и как защитить космонавтов путешествующих во Вселенной от солнечной радиации.
Международное сотрудничество на поле космоса будет исключительно взаимовыгодным. С одной стороны, большие расходы будут распределены на всех. С другой — это помогло бы установить тесные дипломатические отношения между странами и создать новые рабочие места для обеих сторон.
1. Длительность полета
около 250 дней по Гомановской траектории, около 145 дней по «Быстрой траектории». (Для неё нужны лишние 400 м/с).
2. Энергетические затраты на полет
около 3000 м/с для перехода на траекторию полёта к Луне с НОО + 800 м/с для торможения и выхода на орбиту Луны.
примерно 3600 м/с для перехода на траекторию полёта на Марс (4000 м/с для Быстрой траектории). После перелёта к Марсу возможно 3 варианта:
1. Баллистический захват;
2. Атмосферное торможение;
3. Выход на орбиту с помощью собственной двигательной установки.
Можно лететь «в окно» когда Солнце наименее активно, и здоровью космонавтов ничего не угрожает.
Попасть «в окно» невозможно из-за большой длительности полёта
Посадочная ступень будет весить 60% от полезной нагрузки. Аэродинамическое торможение невозможно т.к. атмосферы у Луны нет.
Все Марсианские миссии использовали аэродинамическое торможение. Масса посадочной ступени будет составлять примерно 30% от массы полезной нагрузки (с учётом теплозащитного экрана).
Масса полезной нагрузки при выходе на орбиту Луны составит 40%
Масса полезной нагрузки при выходе на орбиту Марса составит примерно 25%.
6. Минимальная длительность пребывания
Улетать можно сразу после посадки/выхода на орбиту спутника. Можно даже не выходить на орбиту, как пришлось сделать во время миссии Аполлон-13.
После выхода на орбиту нужно ждать около 17 месяцев, чтобы планеты выстроились в благоприятное для полёта положение.
16.5% от силы притяжения Земли.
37.8% от силы притяжения Земли.
8. Условия окружающей среды
Лунная пыль абразивна. Она может выводить из строя механизмы, от неё возможны внутренние микрокровотечения в лёгких. На лунном грунте невозможно что-либо вырастить, но зато из него можно добывать металлы и затем возводить из них сооружения.Температура на Луне колеблется от -180 до 120 градусов.
Марсианская пыль не столь абразивна, как Лунная. Атмосфера Марса «слабее» атмосферы Земли в 110-150 раз в зависимости от сезона. Температура на Марсе колеблется от -140 до 20 градусов. В температурном плане Марс благоприятней Луны.
На Марсианском грунте можно выращивать растения.
На Луне доказано наличие примерно 600.000.000 м3 льда на Северном полюсе.
Если бы весь лёд на Марсе растаял, то планета могла бы покрыться водой на 22 метра.
Мощность солнечного излучения на Луне составляет около 1400 Вт/м2. КПД солнечных батарей составляет 20-40%, Луна делает 1 оборот за 28 дней
Марс удалён от Солнца дальше, чем Земля и Луна. Мощность солнечного излучения около 600 Вт/м2. Солнечные батареи позволят получать 120-240 Вт/м2. 1 оборот Марс делает за 24 часа 40 минут.
Ритм Луны влияет на приливы и отливы, давление воздуха, вызывает изменения температуры, действий ветра, магнитного поля земли , а также уровня воды. . Луна своим гравитационным полем воздействует на земную биосферу. Луна может предложить нам очень многое. Например, в состав её реголита (пылевидного слоя грунта на поверхности) входит множество химических элементов — кислород (40%), кремний (20%), железо (5—10%), алюминий (10%), кальций (10%), даже титан (3%) и магний (5%). Конечно, все эти сокровища необходимо ещё добыть. Ведь на Земле руду, содержащую меньше 25% железа, называют бедной, а меньше 16% вообще таковой не считают[2]. Ещё один элемент, который входит в состав реголита и очень интересует человечество, — знаменитый гелий-3, прекрасное «горючее» для термоядерных электростанций будущего. При термоядерном синтезе, когда тонна гелия-3 вступает в реакцию с 0,67 тонны дейтерия, высвобождается энергия, эквивалентная сгоранию 15 млн. тонн нефти[3].
Луна рядом и всегда можно сравнительно легко и быстро вернуть обитателей базы на Землю. База на луне — прекрасный способ тестировать технологии и оборудование, но все-таки не совсем адекватная модель для полета на Марс, поскольку физические условия заметно отличаются (гравитация на Марсе вдвое сильнее, чем на Луне, и у него есть атмосфера, хоть и крайне разряженная — 0.2% плотности земной). С другой стороны, лунная база будет почти полностью зависима от Земли в плане снабжения ресурсами и едой. Там нет ни воды, ни воздуха, ни возможностей для выращивания еды. Кислорода завались, но что с ним делать? Осваивая Луну можно создать на ней космодромы для отправки обитаемых экспедиций на Марс с целью его преобразования под нужды землян. Низкая сила притяжения на Луне и скорость убегания также означают, что миссии, запущенные с Луны, потребуют гораздо меньше ракетного топлива, чтобы достичь космоса[4]. Луна идеально отвечает условиям экономии топлива при старте на Марс. Освоение Луны сулит много полезного нашей цивилизации. Но такое освоение возможно только при объединении усилий и финансов целого ряда государств [3].
Марс намного дальше и путешествие туда намного опаснее. В первую очередь из-за космической радиации за пределами земного магнитного поля. Да и сам Марс магнитного поля не имеет, поэтому придется решать проблему защиты от радиации. С другой стороны, база на Марсе может быть сделана фактически автономной: уже сейчас установлено наличие огромного количества воды в почве (в замороженном состоянии, разумеется), атмосфера — почти чистый CO2 (для людей и животных он смертелен, а для растений — необходимый источник жизни и роста), в той же почве и камнях огромное количество углерода, азота и фтора, значительное содержание кальция, брома и других элементов, так что по крайней мере в регулируемой атмосфере хабов можно выращивать растения в достаточных объемах для питания. Кроме того, день на Марсе длится 24 часа. Конечно, нужно будет привезти немного земной почвы и минеральных удобрений для первоначальной посадки и насыщения почвы бактериями, необходимыми для роста растений, но дальнейшее уже не нуждается в поставках с Земли. Кислород, необходимый для дыхания, будут давать растения и его так же можно получать из марсианской атмосферы (CO2, помним, да). Так что полноценную развитую колонию на Марсе выстроить проще, чем на Луне. А если задуматься о дальней перспективе, то Марс можно терраформировать, превратив в такую же зелено-голубую планету, как Земля.
— Полноценное освоение Луны и Марса, а не рекордные полёты ради приоритета, — так видят будущее отечественной космонавтики в ГКНПЦ имени М. В. Хруничева, одном из ведущих предприятий российской ракетно-космической промышленности
— Освоение Луны сулит много полезного нашей цивилизации. Но такое освоение возможно только при объединении усилий и финансов целого ряда государств.
— Осваивая Луну можно создать на ней космодромы для отправки обитаемых экспедиций на Марс, с целью его преобразования под нужды землян. Луна идеально отвечает условиям экономии топлива при старте на Марс.
— Мы с трудом можем представить себе наш мир без Луны. В нем точно не было бы приливов и отливов, а может, и самой жизни. По одной из версий возникновение ее на Земле стало возможным в том числе и благодаря специфическому воздействию Луны, приводящему к замедлению вращения планеты. Изучение влияния спутника на Землю помогает понять законы Вселенной[8]. . Луна своим гравитационным полем воздействует на земную биосферу.
Поэтому, я считаю, Программу терраформирования Луны стоит пересмотреть, иначе это может привести к экологической катастрофе Земли.
Горшков Л. Полёт человека на Марс// Наука и жизнь.2007.№ 7
Ильин А. Луна и Марс как объекты колонизации//Наука и жизнь.2011.№ 4
Источник