Колониза́ция Луны́ — гипотетическое заселение Луны человеком . Существующие планы по строительству на Луне обитаемых баз иногда считаются предварительным этапом заселения, но постоянное и автономное пребывание человека — намного более сложная цель и потребует решения многих задач. Впрочем, учитывая современное быстрое развитие технологий роботизации строительства и 3D-печати , идея колонизации Луны обретает характер осуществимой.

Колонизация Луны также издавна является предметом научно-фантастических произведений .

Планы освоения

Замедлившееся развитие космической техники после 1970-х годов не позволяет думать, что колонизация космоса — легко достижимая и во всех случаях оправданная цель. В силу своей близости к Земле (три дня полёта) и достаточно хорошей изученности ландшафта, Луна уже давно рассматривается как кандидат для места создания человеческой колонии. Но хотя советские и американские программы исследования Луны продемонстрировали практическую осуществимость полёта на Луну (будучи при этом очень дорогостоящими проектами), они в то же время охладили энтузиазм создания лунной колонии.

Несмотря на это, с развитием средств космонавтики и удешевлением космических полётов, Луна представляется первичным объектом для основания базы. Для учёных лунная база является уникальным местом для проведения научных исследований в области планетологии , астрономии , космологии , космической биологии и других дисциплин. Изучение лунной коры может дать ответы на важнейшие вопросы об образовании и дальнейшей эволюции Солнечной системы , системы Земля — Луна, появлении жизни. Отсутствие атмосферы и более низкая гравитация позволяют строить на лунной поверхности обсерватории , оснащённые оптическими и радиотелескопами , способными получить намного более детальные и чёткие изображения удалённых областей Вселенной, чем это возможно на Земле, а обслуживать и модернизировать такие телескопы гораздо проще, чем орбитальные обсерватории.

Луна обладает и разнообразными полезными ископаемыми, в том числе и ценными для промышленности металлами — железом , алюминием , титаном ; кроме этого, в поверхностном слое лунного грунта, реголите , накоплен редкий на Земле изотоп гелий-3 , который может использоваться в качестве топлива для перспективных термоядерных реакторов . В настоящее время идут разработки методик промышленного получения металлов, кислорода и гелия-3 из реголита; найдены залежи водяного льда.

Глубокий вакуум и наличие дешёвой солнечной энергии открывают новые горизонты для электроники , металлургии , металлообработки и материаловедения . Фактически условия для обработки металлов и создания микроэлектронных устройств на Земле менее благоприятны из-за большого количества свободного кислорода в атмосфере, ухудшающего качество литья и сварки, делающего невозможным получение сверхчистых сплавов и подложек микросхем в больших объёмах. Также представляет интерес выведение на Луну вредных и опасных производств.

Луна, благодаря своим впечатляющим ландшафтам и экзотичности, также выглядит как весьма вероятный объект для космического туризма , который может привлечь значительное количество средств на её освоение, способствовать популяризации космических путешествий, обеспечивать приток людей для освоения лунной поверхности. Космический туризм будет требовать определённых инфраструктурных решений . Развитие инфраструктуры, в свою очередь, будет способствовать более масштабному проникновению человечества на Луну.

Существуют планы использования лунных баз в военных целях для контроля околоземного космического пространства и обеспечения господства в космосе .

Директор Института космических исследований РАН Лев Зелёный считает, что приполярные области Луны можно использовать для размещения российской или международной научной базы .

Гелий-3 в планах освоения Луны

Присутствие гелия-3 в лунных минералах представители американского Национального агентства по космонавтике и аэронавтике США ( НАСА ) считают серьёзным поводом к освоению спутника, при этом первый полёт туда НАСА планирует осуществить в 2024 году. До сих пор США остаётся единственным государством, представители которого побывали на Луне — с 1969 по 1972 год туда было отправлено 6 американских пилотируемых экспедиций .

Китай и Россия планируют создание Международной лунной станции в 2030-е годы.

Создание станции — не только вопрос науки и государственного престижа, но и коммерческой выгоды. Гелий-3 — это редкий изотоп, стоимостью приблизительно 1200 долларов США за литр газа , необходимый в ядерной энергетике для запуска термоядерной реакции . На Луне его количество оценивается в тысячи тонн (по минимальным оценкам — 500 тысяч тонн ). Плотность жидкого гелия-3 при температуре кипения и нормальном давлении равна 59 г/л, а в газообразном виде примерно в 1000 раз меньше, следовательно, 1 килограмм стоит более 20 миллионов долларов, а весь гелий — более 10 квадриллионов долларов (около 500 нынешних ВВП США).

Учёные считают , что гелий-3 можно будет применять в термоядерных реакторах . Чтобы обеспечивать энергией всё население Земли в течение года, по подсчётам учёных Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН , необходимо приблизительно 30 тонн гелия-3. Стоимость его доставки на Землю будет в десятки раз меньше, чем у вырабатываемой сейчас электроэнергии на атомных электростанциях .

При использовании гелия-3 не возникает долгоживущих радиоактивных отходов , и поэтому проблема их захоронения, так остро стоящая при эксплуатации реакторов на делении тяжёлых ядер, отпадает сама собой.

Однако существует и серьёзная критика этих планов. Дело в том, что для зажигания термоядерной реакции дейтерий+гелий-3 необходимо нагреть изотопы до температуры в миллиард градусов и решить задачу удержания нагретой до такой температуры плазмы. Современный технологический уровень позволяет удержать плазму, нагретую лишь до нескольких сотен миллионов градусов в реакции дейтерий + тритий , при этом почти вся энергия, полученная в ходе термоядерной реакции, затрачивается на удержание плазмы (см. ITER ). Поэтому реакторы на гелии-3 многими ведущими учёными, например, академиком Роальдом Сагдеевым , выступившим с критикой планов Севастьянова, считаются делом отдалённого будущего. Более реальными с их точки зрения является разработка на Луне кислорода , металлургия , создание и запуск космических аппаратов, в том числе ИСЗ , межпланетных станций и пилотируемых кораблей.

Вода

На поверхности Луны (миссии Дип Импакт (КА) , Кассини (КА) , Чандраян-1 ) и под её поверхностью (миссия LCROSS ) в районе Южного и Северного полюсов обнаружена вода в виде льда, количество которого сильно зависит от освещенности Солнцем. Наличие воды очень важно для потенциальной лунной базы.

Лунные электростанции

Ключевые технологии имеют, по оценке НАСА, уровень технологической готовности 7/10. Рассматривается возможность производства большого объёма электроэнергии, равного 1 П Вт. При этом стоимость лунного комплекса оценивается примерно в 200 трлн долл. США. В то же время стоимость производства сравнимого объёма электроэнергии наземными солнечными станциями — 8000 трлн долл. США, наземными термоядерными реакторами — 3300 трлн долл. США, наземными угольными станциями — 1500 трлн долл. США .

Помимо солнечных, на Луне возможно и построение эффективных геотермальных электростанций , поскольку температурный градиент Луны примерно в 60 раз больше, чем у Земли, и составляет не менее 2 К /метр .

Практические шаги

Лунные базы в первой «Лунной гонке»

В ходе первой « лунной гонки » 1960-х годов (а также чуть ранее и позже) две космические сверхдержавы — США и СССР — имели планы сооружения лунных баз, которые не были реализованы .

В США прорабатывались аванпроекты лунных военных баз Лунэкс (Lunex Project) и Горизонт (Project Horizon) , а также имелись технические предложения по лунной базе Вернера фон Брауна .

В первой половине 1970-х годов под руководством академика В. П. Бармина московскими и ленинградскими учёными разрабатывался проект долговременной лунной базы, в котором, в частности, изучались возможности обваловки обитаемых сооружений направленным взрывом для защиты от космического излучения (изобретения А. И. Мелуа с использованием технологий Альфреда Нобеля ). Более детально, включая макеты экспедиционных транспортных средств и обитаемых модулей , был разработан проект лунной базы СССР « Звезда », который должен был быть реализован в 1970-х—1980-х годах как развитие советской лунной программы , свёрнутой после проигрыша СССР в «лунной гонке» с США. В 2022 году холдинг « Российские космические системы » опубликовал «Итоговый научно-технический отчет по теме „Галактика“» 1969 года, в котором поднимается вопрос о развитии космической радиоэлектроники, в том числе для будущей лунной базы .

Lunar Oasis

В октябре 1989 года на 40-м конгрессе Международной авиационной федерации сотрудники НАСА Майкл Дьюк ( англ. Michael Duke ), глава подразделения исследований Солнечной системы Космического центра имени Линдона Джонсона в Хьюстоне, и Джон Ньехофф ( англ. John Niehoff ) из Science Applications International Corporation (SAIC) представили проект лунной станции Lunar Oasis. До сих пор этот проект считается весьма проработанным и интересным по ряду основных решений, одновременно оригинальных и реалистичных. Десятилетний проект Lunar Oasis предполагал три стадии, суммарно предусматривавшие 30 полётов, половина из которых пилотируемые (по 14 т груза); беспилотные старты оценивались по 20 т груза каждый.

Авторы называют стоимость проекта равным четырём программам «Аполлон», а это примерно $550 млрд в ценах 2011 года. Учитывая, что время реализации программы предполагалось весьма значительным (10 лет), ежегодные расходы на неё составили бы около $50 млрд. Для сравнения можно указать на то, что в 2011 году затраты на содержание американских войск в Афганистане достигли $6,7 млрд в месяц, или $80 млрд в год.

Лунные базы во «Второй лунной гонке»

В начале XXI века открытие на полюсах Луны залежей льда стимулировало начало « второй лунной гонки » между США ( программа «Артемида» ), КНР ( Лунная программа Китая ), Россией ( Российская лунная программа ), Евросоюзом ( программа «Аврора» ), Японией и Индией. Все эти программы предусматривают создание на Луне баз.

НАСА разрабатывала космическую программу « Созвездие », в рамках которой должна разрабатываться новая космическая техника и создаваться необходимая инфраструктура для обеспечения полётов нового космического корабля к МКС , а также полётов на Луну, создания постоянной базы на Луне и в перспективе полётов на Марс . Задачу картографирования возможных будущих мест посадок и базы ранее решала в том числе станция Lunar Prospector . Пилотируемые полёты на Луну планировались с 2019—2020 гг. Однако по решению президента США Барака Обамы от 1 февраля 2010 года финансирование программы в 2011 году было прекращено .

В феврале 2010 года НАСА представило новый проект: «аватары» на Луне, который может быть реализован уже через 1000 дней. Суть его заключается в организации экспедиции на Луну с участием роботов -аватаров (представляющих собой устройство телеприсутствия ) вместо людей. В этом случае инженеры, занимающиеся организацией полета, избавляют себя от необходимости использования важных систем жизнеобеспечения , и благодаря этому применяется менее сложный и дорогой космический корабль . Для управления роботами-аватарами эксперты НАСА предлагают использовать высокотехнологичные костюмы дистанционного присутствия (наподобие ). Один и тот же костюм могут «надевать» несколько специалистов из разных областей науки поочередно. К примеру, в ходе изучения особенностей лунной поверхности, управлять «аватаром» может геолог , а затем в костюм телеприсутствия может облачиться физик .

В мае 2019 года администратор НАСА Джим Брайденстайн объявил о начале программы Артемида (названной в честь греческой богини охоты , сестры Аполлона ). Программа делится на два этапа: Первый этап включает высадку на Луну в 2024 году и включает в том числе: пилотируемый орбитальный облёт Луны Артемида-2 , начало строительства международной окололунной станции Gateway , высадка экипажа с первой женщиной на Луне в миссии Артемида-3. Второй этап программы — полеты на Луну и создание лунной инфраструктуры. На лето 2019 года программа не получила должного финансирования. Планируется что пилотируемые полеты будут осуществлены с помощью РН SLS и корабля « Орион ».

Амбициозный план Европейского Космического Агентства « Аврора », предусматривает в конечном итоге после 2030 года экспедиции и базы на Луне. Первая европейская лунная станция Смарт-1 в течение года и семи месяцев занималась картографированием поверхности Луны, а также построением карт залегания различных минералов.

О своих планах освоения Луны не раз заявлял и Китай . 24 октября 2007 года с космодрома Сичан был успешно запущен первый китайский спутник Луны Чанъэ-1 . В его задачи входило получение стереоснимков, с помощью которых впоследствии изготовят объёмную карту лунной поверхности. В будущем КНР рассчитывает основать на Луне обитаемую научную базу. Согласно китайской программе, освоение естественного спутника Земли намечено на 2040—2060 годы . Проект лунной базы в Китае разрабатывается под руководством генерального конструктора Лунной программы Китая У Вэйжэня . В 2021 году была достигнута договорённость строить Международную лунную станцию совместно с Россией. Вопрос присоединения к этому проекту рассматривает Европейское космическое агентство .

Японское агентство аэрокосмических исследований планировало к 2030 году ввести в строй обитаемую станцию на Луне — на пять лет позже предполагавшихся ранее сроков. В 2007 году космической станцией « Кагуя » Япония начала орбитальные исследования Луны. В марте 2010 года Япония решила отказаться от пилотируемой лунной программы из-за её чрезмерной затратности в пользу роботизированных поселений.

Индийская лунная программа

Индия в 2008 году послала к Луне первую АМС « Чандраян-1 » с целью трёхмерного топографирования и радиозондирования для составления карты химических элементов поверхности в поисках металлов, воды и гелия-3. Первая посадочная миссия, Чандраян-2 , окончилась в 2019 году неудачей, однако уже на 2023 год Индийская организация космических исследований планирует аналогичную миссию Чандраян-3 , а на 2024 — , обе с луноходами.

Российская лунная программа XXI века

В 2007 году Роскосмос объявил о плане, включающем в себя высадку человека на Луне к 2025 году и развёртывание там постоянной лунной базы несколько лет спустя .

В 2014 году стало известно о проекте концепции российской лунной программы, в которой предложены три этапа :

• 1 этап 2016—2025 годов. Предполагает отправку на Луну автоматических межпланетных станций « Луна-25 », « Луна-26 », « Луна-27 » и « Луна-28 ». Они должны будут определить состав и физико-химические свойства лунного полярного реголита с водяным льдом и другими летучими соединениями. Кроме того, задачей аппаратов станет выбор наиболее перспективного района в области Южного полюса Луны для будущего развёртывания там полигона и лунной базы .
• 2 этап 2028—2030 годов. Включает пилотируемые экспедиции на орбиту Луны без высадки на её поверхность .
• 3 этап 2030—2040 годов. Включает высадку космонавтов в районе потенциального размещения лунного полигона и развёртывание первых элементов инфраструктуры из лунного вещества. В частности, предлагается начать строить элементы лунной астрономической обсерватории, а также объектов для мониторинга Земли .

К 2050 году планируется построить обитаемую базу и полигон по добыче полезных ископаемых .

В 2015 году появились сообщения о задержке этих планов на несколько лет от заявленного графика, в связи с уменьшением финансирования .

Европейский проект

В апреле 2018 года Европейское космическое агентство объявило о начале работ над проектом создания постоянной базы на поверхности Луны. Проект создания базы рассчитан на четыре этапа, с 2020 по 2062 года .

• Первый этап (2020—2030 года) — картографирование поверхности Луны и разработка тяжелой , разгонного и посадочного лунных модулей .
• Второй этап (2030—2032 года) — определение места будущей базы, доставка «Криптоном» четырёх космонавтов и модулей для создания самой базы, вывод на орбиту космической станции .
• Третий этап (2032—2042 года) — доставка и монтаж командного и ремонтного модулей, энергетической установки питания базы и лунохода .
• Четвёртый этап (2042—2062 года) — создание систем жизнеобеспечения , производственной базы и обсерватории, запуск к 2062 году постоянной базы без необходимости постоянного пребывания человека на Луне .

Проблемы

Радиация и микрометеориты

Длительное присутствие человека на Луне будет требовать решения ряда проблем. Так, атмосфера Земли и магнитное поле задерживает бо́льшую часть солнечной радиации. В атмосфере также сгорает множество микрометеоритов . На Луне без решения радиационной и метеоритной проблем невозможно создание условий для нормальной колонизации. Во время солнечных вспышек создаётся поток протонов и других частиц , способных представлять угрозу для космонавтов. Однако эти частицы обладают не слишком большой проникающей способностью, и защита от них является решаемой проблемой. Кроме того, данные частицы обладают низкой скоростью, а значит, есть время для того, чтобы спрятаться в антирадиационные укрытия. Гораздо большую проблему представляет жёсткое рентгеновское излучение . Расчёты показали , что астронавт после 100 часов на поверхности Луны с вероятностью 10 % получит опасную для здоровья дозу ( 0,1 Грея ). В случае же солнечной вспышки опасную дозу можно получить в течение нескольких минут.

Заведующий отделом радиационной безопасности пилотируемых космических полетов ИМБП РАН Вячеслав Шуршаков в интервью СМИ сообщил, что во время миссий к Луне дозы радиации приемлемы. Согласно опубликованным данным по лунным экипажам США, десятидневная миссия эквивалентна полету на орбите Земли в течение 20 суток: общая доза составит примерно 12 мЗв. Исходя из сегодняшних знаний о космической радиации, специалисты ИМБП РАН допускают полет к Луне длительностью от нескольких недель до двух месяцев . Директор НИИЯФ МГУ Михаил Панасюк считает, что пребывание человека на Луне должно быть ограничено сроками от полутора месяцев при максимуме солнечной активности и до года в минимуме цикла солнечной активности, однако эти оценки не учитывают тяжелые заряженные частицы и нейтронное излучение .

Благодаря данным по всем видам излучения, которые могут представлять опасность для человека (потоки заряженных частиц (электроны и атомные ядра), нейтроны и гамма-лучей), собранным спускаемым аппаратом китайской миссии « Чанъэ-4 » в период с января по сентябрь 2019 года, ученые пришли к выводу, что уровень облучения на Луне составляет 1369 мкЗв в сутки или 500 мЗв/год (на борту МКС он в 1,9 раза ниже: 731 мкЗв в сутки или 266 мЗв/год) . Допустимым уровнем облучения персонала АЭС В России является доза — 20 мЗв/год, в СССР, США и Японии — 50 мЗв/год, или однократно 200 мЗв с последующим отстранением от радиационно опасных работ.

Лунная пыль

Отдельную проблему представляет лунная пыль . Лунная пыль состоит из острых частиц (поскольку нет сглаживающего влияния эрозии ), а также обладает электростатическим зарядом. В результате лунная пыль проникает везде и, обладая абразивным действием, уменьшает срок работы механизмов (а попадая в лёгкие, — становится смертельной угрозой здоровью человека и может вызвать рак лёгких ). У некоторых людей лунная пыль способна вызвать аллергическую реакцию организма .

Низкая гравитация

Сила тяжести у поверхности Луны составляет всего 16,5 % от земной (в 6 раз слабее), поэтому для долговременного пребывания человека на Луне рассматриваются варианты создания искусственной силы тяжести с помощью центрифуг , обеспечивающих земной уровень гравитации, необходимый для нормального функционирования организма .

Коммерческая составляющая

Коммерциализация также не очевидна. Необходимость в больших количествах гелия-3 пока отсутствует. Наука ещё не смогла достичь контроля над термоядерной реакцией. Самым многообещающим проектом в этом отношении на данный момент (середина 2019 года) является масштабный международный экспериментальный реактор ИТЭР , строительство которого предполагается закончить к 2025 году. После этого последует порядка 20 лет экспериментов. Промышленное использование термоядерного синтеза ожидается не ранее 2050 года по самым оптимистическим прогнозам. В связи с этим, до этого времени добыча гелия-3 не будет представлять промышленного интереса.

Такое положение вещей приводит к тому, что высказываются предложения (см. Роберт Зубрин «A Case for Mars») освоение космоса сразу начинать с Марса .

Фантастика

Постоянное обитание человека на другом небесном теле (за пределами Земли) уже давно является постоянной темой в научной фантастике , что говорит об устойчивом стремлении человечества к покорению космических тел Солнечной системы.

В искусстве

• «Добыча полезных ископаемых на Луне» ( англ. Mining the Moon ) — научно-популярный фильм, снятый Discovery в 2011 году.
• « Луна 2112 » — художественный фильм о лунной базе, по сюжету базой управляет один человек, на ней ведется добыча гелия-3 .
• « Железное небо » — художественный фильм о политико-социальных проблемах и гонке вооружений через призму коммерциализированной индустрии добычи гелия-3.
• « Wolfenstein: The New Order » ( рус. «Вольфенштайн: Новый Порядок» ) — видеоигра в стиле ретрофутуризма , рассказывающая об альтернативной реальности, в которой Третий Рейх победил во Второй мировой войне и добился колоссальных успехов в науке и технике: высокие технологии позволили нацистам построить базу на Луне.
• Prey: Mooncrash — видеоигра, действие которой происходит на колонизированной Луне.
• « Пространство » - телесериал, описывающий колонизацию солнечной системы человечеством в недалёком будущем, включая постоянные обитаемые станции на Луне и других небесных телах.

См. также

• Исследование Луны
• Список людей, побывавших на Луне
• Project Horizon (1959)
• Lunex Project (1958—1961)
• Терраформирование
• Колонизация Марса

Примечания

Ссылки

• // «Проект Освоения Космоса»
• Лекция Шевченко В. В. в Московском планетарии на YouTube // 20.03.2013
• . Космическое ведомство США представило отчет, в котором говорится об исследованиях Луны в рамках более поздних этапов программы « Артемида » // Naked Science, 4 апреля 2020
• // Взгляд , 18 мая 2020
• // , 2 января 2023