Россия пока осторожно прогнозирует свой полет в 2030-2035 годах, а ученые ИКИ РАН уже предлагают использовать спутник как научный полигон для масштабных астрономических и геофизических исследований. Но хватит ли современных технологий для относительно долговременных поселений?
В романе Роберта Хайнлайна «Луна — суровая хозяйка» спутник Земли застроен человеческими городами, населенными преступниками, которые уже не могут вернуться домой. Фантастика 1965 года сейчас кажется не менее футуристичной, чем в момент, когда книга только увидела свет. Как минимум, потому, что ни аналогов советских хрущевок, ни высотных микрорайонов там пока не появилось. Последняя высадка астронавтов на Луну состоялась 45 лет назад, и пока человечество не построило даже космодрома для прилунения летательных аппаратов.
Луна вызывает интерес прежде всего как стартовая площадка для полетов в космос из-за низкой гравитации. Надежда есть и на ресурсы, например, титан. Хотя по мнению многих экспертов, гелий-3 является единственным «ископаемым», чья доставка со спутника на Землю может быть экономически обоснована. Вот только гелий-3 в промышленных масштабах нам понадобится не ранее 2050 года, с условием, что состоится долгожданное создание термоядерных электростанций.
В сентябре этого года Россия вместе с США объявили о строительстве станции на окололунной орбите. Это первый из двух параллельных шагов, необходимых для освоения седьмого континента. Орбитальная база должна стать переходным мостом, который свяжет нашу планету и спутник, а в перспективе и Марс. Если помечтать, то следующий шаг — постепенная застройка самой Луны, которая должна быть готова к колонизационной миссии и к вояжам будущих космических туристов и частных компаний.
Резонным будет замечание о том, что Марс больше подходит на роль будущей колонизационной площадки. И все же у Луны есть ряд преимуществ, первое из которых — меньшее расстояние а значит сокращенное время полета. На спутнике можно отработать поведение во время экстренных и внештатных ситуаций. В случае опасности полет с Земли займет всего 3 дня, тогда как путешествие до Марса будет длиться 7 месяцев.
Как и в случае освоения континентов на родной планете, в будущих космических путешествиях колонизаторам придется использовать подручные материалы, а не везти жилые блоки для поселений отдельными грузовыми модулями.
Поэтому технологии, которые смогут помочь в строительстве на месте, одни из ключевых. Часто представления о внеземных «апартаментах» страдают от стереотипов, и даже именитые архитекторы предлагают селить людей в холмики, засыпанные грунтом. Но астронавт на Луне должен жить в условиях, максимально приближенных к нашему пониманию дома. Современные тенденции в архитектуре и строительстве зданий направлены на повышение энергоэффективности, и речь не только о материалах, но и о элементах конструкции, которые могут быть декоративными, но при этом выполнять дополнительные функции, например перераспределять нагрузку и снижать энергоэффективность. Архитектурные решения, позволяющие строить на самом спутнике, важны не меньше шаттлов и ракета-носителей.
Участие человека во внеземной стройке лучше свести исключительно к визуальному наблюдению. Мы уже писали о перспективных технологиях для производства строительных блоках: можно выделить проекты Solar sinter и D-Shape. Оба предполагают изготовление строительных блоков прямо на Луне, но для развертывания таких технологий на Луне необходим «десант». Если в первом проекте в основе лежит спекание грунта с помощью солнечного света, то во втором реализуется технология послойной печати из лунной пыли. Эти и другие исследования, проводимые на имитаторах лунной пыли показывают, что из реголита можно получить прочный строительный материал.
В нашем университете тоже разрабатываются аппараты, которые призваны облегчить строительство на Луне, в том числе 3d-принтеры для печати объектов из лунного грунта. Особенность нашей идеи состоит в том, чтобы отделить принтер (гелиолитограф) от манипулятора. Манипулятор-робот вместо астронавта будет собирать грунт для загрузки в гелиолитограф и перемещать уже готовые каменные детали. А принтер будет послойно спекать реголит отраженным и сфокусированным в точку солнечным светом.
Обычно указывают на недостаток верхних слоев иноземного грунта — они обладают повышенной радиоактивностью. Но на глубине 30 см процент радиоактивного гелия уже значительно ниже. А значит проблем с использованием реголита в качестве материала для «лунных кирпичей» нет.
По предполагаемой стройплощадке нужно перемещаться и это следующая технология, необходимая для колонизации — шагоходы, которые могут стать первым лунным пассажирским транспортом. Объекты научно-технологического наследия разбросаны по всей Луне: на поверхности спутника лежит около 50 объектов искусственного происхождения, включая «Аполлоны» и автоматические станции, которые могут быть использованы как ориентиры для будущих миссий. Тогда второй важный вопрос — прокладывание коммуникаций, в первую очередь, транспортных. Здесь на помощь могут прийти разработки подобные Lunar Truck, который разрабатывают инженеры из Космического центра Джонсона. «Лунный грузовик» — идейный наследник небольших роверов, которые использовались в 70-х во время трёх последних экспедиций Apollo.
В прошлом году говорили и о российских разработках — луноходах трех разных весовых категорий. Самый тяжелый из них будет оснащен радиоизотопным термоэлектрическим генератором, что позволит ему преодолевать до 400 километров маршрута. На сегодняшний день в российской Федеральной космической программе предусмотрено несколько миссий на естественный спутник — посадочного аппарата «Луна-25» (запуск в 2019), орбитального «Луна-26» (2021) и второго посадочного «Луна-27» с криогенной глубинной бурильной установкой (2021–2022). Автоматическая космическая станция «Луна 28» должна будет доставить грунт на Землю в 2024 году, и это пока последний запланированный проект.
Тем не менее насущной проблемой до появления орбитальной станции остается дистанция в 384 000 км, которую необходимо преодолеть человеку до Луны. Сейчас попросту отсутствуют функционирующие сверхтяжелые ракеты-носители. Что выглядит слегка парадоксальным: эти аппараты уже существовали в 60-е. На данный момент в США создается сверхтяжелая SLS, тогда как в России испытательные пуски планируются лишь в 2035 году. Ближайшим и самым многообещающим вариантом выглядит частный Falcon Heavy Илона Маска. Первый пуск должен состояться буквально на днях. На орбиту Марса под песню Дэвида Боуи Space Oddity отправится спортивный электрокар миллиардера.
Полет и последующая колонизация вряд ли смогут принести экономические преференции в ближайшем будущем. Даже добыча гелия-3 — это, скорее, план. Но лететь необходимо, ведь орбитальная станция и заселение спутника — важные отметки в истории науки и человечества, которые могут стать точкой отсчета будущей космической экспансии. Но сейчас рано говорить о будущих космодромах на Луне. Сперва требуется начать строительство и создать первый искусственный камень. Важно использовать именно местный (лунный) ресурс — это обеспечит запуск колонизации всего спутника. Так что лунная урбанизация должна начаться с малого: с кирпича.