Как сделать лунную базу
Добавил пользователь Дмитрий К. Обновлено: 04.10.2024
1. Создание запасов конструкционных и технологических материалов в районе размещения будущей лунной базы: бериллия, алюминия, титана, железа, меди, никеля, вольфрама, а так же углерода, углеводородов и различных соединений хлора и фтора. Запасы создаются в форме искусственных месторождений, на глубине нескольких метров под лунной поверхностью. Технология создание - жесткая ударная посадка грузов в виде длинных стержней (тросов, цепей и т.п.) в грунт на скорости около 2500 м/с. Заглубление грузов в грунт происходит по принципу действию кумулятивной струи на преграду. Через небольшое отверстие порция груза массой 3-4 тонны "впрыскивается" в скальную породу, тормозится и образует в камуфлетной емкости "магматический" очаг расплавленного металла (около 1/3 вещества испаряется и быстро охлаждается за счет работы раздвижения и дробления скальной породы, передачи тепла породе через развитую контактную поверхность образовавшихся в скале трещин .
Бустеры, сбрасывающие сырьё на поверхность Луны в процессе её облёта, за счет экономии топлива (благодаря исключению посадки) способны вернуться на исходную околоземную орбиту и, после заправки, снова использоваться. В результате транспортные затраты сокращаются до 10 раз.
2.1. Высадка на Луну технологических модулей с принтерами 3D-печати и транспортно-добывающими модулями. Производится вскрытие грунта над месторождениями и извлечение сырья. Сырье отчищается от фрагментов реголита, а затем используется для фабрикации принтерами конструкций и агрегатов базы. Изготавливаются химико-технологические модули, предназначенные для выделения из реголита кислорода и металлов (для чего необходимы запасы углерода, хлора и фтора), горно-добывающее оборудование, роверы и летательные аппараты (луноходы, лунолёты и взлётно-посадочные модули), жилые модули, а также коллекторы приёмки грузов закрытого типа, которые способны удерживать газообразные продукты грузов, полностью испаряющихся при жесткой ударной посадке.
2.2. Высадка первоначальных жилых модулей, экипажа базы (первоначально 4-6 человек) и лунной центрифуги ГравиСити, обеспечивающей воспроизводство в жилых модулях вес на уровне земного и/или марсианского тяготения. Развертывание кольца (бублика) ГравиСити и запуск центрифуги в эксплуатацию.
3. Разработка местных ресурсов, переход на их использование для производства кислорода, воды, ракетного топлива, металлов и кремния. Поставки сырья с Земли ограничиваются веществами, которые дефицитны на Луне.
4. На орбиту вокруг Луны выводятся низкоорбитальные коллекторы лунного грунта и сырья - ловушки серий микропорций грузов (1-10 граммов), потоки которых с Луны на орбиту формируется малогабаритными (короткоствольными) скорострельными катапультами. Принцип действия катапульт, ускоряющих грузы только до суборбитальной скорости, основан на апробированной технологии газового метания предметов (с сохранением используемых газов). Применяются так же легкие механические (центробежные) и электромагнитные катапульты.
Продукция лунной базы после выведения на окололунную орбиту пересылается клиентам в околоземное космическое пространство в качестве конструкционных материалов и компонентов ракетного топлива.
5.1 На низкую околоземную орбиту выводятся коллекторы высокоскоростных потоков вещества для перехвата грузов со стороны Луны (компоненты ракетного топлива, редкоземельные материалы и т.п.) и, в пределах баланса импульсов, перехвата суборбитальных грузов с поверхности Земли. Благодаря использованию суборбитальных ракет обеспечивается на 90-99% сокращение затрат на доставку грузов в космос (на орбитальные коллекторы). Заправка топливом и оснащение теплозащитными тормозными экранами (изготовленными из лунного сырья) вторых (орбитальных) ракетных ступеней, обеспечивает их возвращение на Землю и многократное использование на ряду с первыми многоразовыми ступеням РН.
5.2. На низкой околоземной орбите коллекторы суборбитальных грузов создаются и используются независимо от потоков вещества с лунной базы, благодаря применению электроракетных двигателей, тяга которых используется для компенсации тормозных импульсов при захвате грузов. Этот способ многократного сокращения затрат на доставку грузов может быть реализован на этапах 1 и 2, что обеспечит многоразовые межорбитальные буксиры (бустеры), доставляющие сырье к будущей лунной базе, ракетным топливом по цене 1 тыс. долл./кг.
Затраты на создание обогащенных ценным сырьем лунных участков меньше чем затраты на запуск геостационарных спутников, даже в том случае если используется одноразовые бустеры (межорбитальные буксиры), т.к. приращение скорости составляет около 3000 м/с.
При использовании облетных траекторий, с гашением двигателями скорости в перигее, бустеры используются многократно (после дозаправки), что обеспечивает дополнительную экономию.
Торговля запасами металлов и сырья на участках под застройку лунных баз при использовании производных финансовых инструментов, может производиться без предварительных затрат AVANTA & Co на доставку сырья на Луну. Торговля опционами позволяет привлечь деньги для первых шагов в создании ресурсного плацдарма на Луне. Дробление запасов сырья на Луне на мелкие части (не в физическом смысле, только в правовом) сделает покупку опционов, а затем и готовых запасов, доступной мелким инвесторам. Таким образом, при минимальных вложениях в проект (в основном в рекламу) компания AVANTA и её партнеры смогут получить начальный капитал на НИОКР и реализацию.
Видео приложение: прототипы технологических модулей для изготовления базы непосредственно на Луне методом 3D-печати.
UPD 4 мая 2016.
Рассмотренная технология, используемая в системе лун Марса, приносит дополнительный бонус в виде возможности утилизации запасов механической энергии, содержащихся в веществе Фобоса и Деймоса. В следующих статьях рассматривается способ утилизации колонистами этой энергии на основе падающих в гравитационную яму Марса потоков вещества марсианских лун.
Еще несколько лет назад будущее российской (и не только российской) космонавтики казалось более-менее ясным: МКС утопят в океане, а NASA, Роскосмос и другие партнеры переключатся на создание окололунной станции, которая станет плацдармом для возвращения человека на Луну.
Но от Луны Роскосмос при этом не отказался. Просто лететь на нее теперь собрался в паре с другой державой, Китаем. Причем не задерживаясь на лунной орбите, как это собираются делать американцы — а сразу садиться на поверхность.
Для Китая естественный спутник Земли — уже вполне освоенное тело. С 2007 года китайские ученые и инженеры воспроизвели все советские лунные достижения полувековой давности — от луноходов до доставки грунта на Землю. Венцом лунной программы Китая должна стать лунная база на поверхности, сначала автоматическая, а потом и обитаемая. В докладах космических организаций КНР станцию ILRS (International Research Lunar Station) начинают упоминать во второй половине 2010-х годов, но не вдаваясь в детали.
Сейчас по Луне разъезжает единственный аппарат землян. Он китайский. Как преобразится серебристый ландшафт, если начнется массовая экспансия, и будет ли заметна на спутнике Земли Россия?
Неземные всходы
Первый успех китайцев, и сразу уникальное достижение — удалось вырастить побег хлопка. Естественно, семена проросли в специальном инкубаторе на борту посадочного модуля. Как отмечает BBC, главной проблемой было не обеспечение семян необходимыми веществами для роста, а поддержание микроклимата: температура на Луне колеблется от -173 о С до +100 о С и более. Растение прожило несколько дней и погибло во время лунной ночи — поддерживать микроклимат при температуре ниже -170 о С дольше 14 дней посадочный модуль не в состоянии. К тому же китайское новостное агентство сообщило, что ночь оказалась холоднее, чем ожидалось, хотя подробностей пока нет.
Выращивание растений на Луне открывает возможности для колонизации спутника Земли и других планет: это позволит решить вопросы с обеспечением станции кислородом и снять продовольственные ограничения.
Почему Луна?
Самый привлекательный объект для долговременных поселений вне Земли — ее естественный спутник. В частности, Луна уникальна с точки зрения космической экспансии.
Это понимают все современные игроки космической отрасли, от вышеупомянутого Китая до Индии с ее проектом Chandrayaan-2 (запуск запланирован на апрель этого года) и до Израиля, чей космический стартап SpaceIL уже в феврале рассчитывает посадить на Луне свой аппарат, который выведет в космос ракета компании Space X.
Но Луна привлекательна не просто как полигон для отработки технологий — доступные ресурсы делают ее плацдармом для покорения космоса. В первую очередь речь идет о воде, а в несколько более дальней перспективе о гелии-3 (один из изотопов гелия).
Гелий-3 — потенциальный крайне эффективный источник энергии будущего, когда человечество освоит управляемый термоядерный синтез. Тогда, согласно расчетам, это вещество добывать на лунной поверхности будет дешевле, чем на Земле (где его крайне мало), поэтому освоение этого ресурса может перевернуть не только космическую сферу, но и жизнь на нашей планете.
Когда вы расщепляете молекулу воды, то получаете кислород и водород, критически важные как в вопросах дыхания, так и для производства ракетного топлива
Реголит — сыпучий поверхностный слой лунного грунта — также содержит в себе кислород, кремний, железо, алюминий, магний, которые могут быть выделены при помощи нагревания — для этого могут быть использованы концентраторы солнечного света в виде огромных зеркал или линз. Эта технология доказала свою эффективность в тестах на Земле, отмечает Nature.
Кроме того, запуски космических аппаратов с Луны энергоэффективнее и, следовательно, дешевле — гравитация спутника составляет лишь 17% от земной, кроме того, не придется преодолевать сопротивления воздуха из-за отсутствия атмосферы.
Новый дом
Сооружение даже относительно простой жилой конструкции на Луне, представляющей собой форпост человечества на спутнике, потребует максимума ресурсов и беспрецедентных мер. Проект строительства лунной базы сводится к ряду ключевых характеристик: место, безопасность, продовольствие.
В любом случае о полной самодостаточности колоний в ближайшие годы говорить не придется. Даже если лунная база сможет обеспечивать себя всем необходимым, зависимость колонии от метрополии (Земли) сохранится в вопросах притока новых колонистов и технологий.
Останется ли Россия космической державой
Россия в космической отрасли сталкивается с вызовами как от США, так и со стороны растущих игроков в этой области — Китая, Индии, Японии или Израиля.
Российская программа освоения спутника Земли включает ряд автономных миссий:
Политические моменты
Кому принадлежат лунные ресурсы с точки зрения международного права? Согласно международному Договору о космосе 1967 года, ни одно государство не может утверждать суверенитет над небесными телами. Следовательно, статус принадлежности добытых на таких телах ресурсов пока неясен.
Некоторые страны, в частности США и Люксембург, на законодательном уровне поддержали планы частных компаний по разработке ресурсов небесных тел. Россия и некоторые другие государства указывают на опасность такого подхода: они опасаются гонки за космические ресурсы с последующей милитаризацией космоса — процесса, который может свести на нет все устремления по созданию лунной, окололунной или даже марсианской обитаемой базы.
Большинство технологий для космической экспансии человечества уже доступны. Чего не хватает?
Кадр из фильма "Интерстеллар"
Новое исследование о будущем космических станций и космических колоний было недавно опубликовано в журнале Reach. Статья была написана австрийским архитектором и инженером-строителем Вернером Грандлом, который занимается этой темой с 1986 года.
Грандл считает, что люди вернутся на Луну в 2020-х годах, построят лунную базу на поверхности и под ней. Аванпост будет служить как для исследований, так и для обучения использованию лунных ресурсов. Из лунных материалов можно извлечь гелий-3 (редкий изотоп гелия), железо, алюминий, титан и многое другое. В перспективе лунная база будет производить топливо для космических кораблей, отправляющихся в межгалактические путешествия.
Первая лунная база будет состоять из 6 цилиндрических модулей из легкого алюминия, 17 метров в длину и 6 метров в диаметре. В одном модуле смогут разместиться 8 человек. У каждого модуля будет своя функция. Один будет посвящен выработке энергии и связи, также будут модули для центральной зоны сбора, для шлюза, лаборатории, для жилых помещений с отдельными комнатами для каждого человека, а также запасной модуль для расширения базы.
Другое место, где люди могут основать колонии, по мнению Грандла, — это астероиды.
Околоземные астероиды могут обеспечивать нас такими редкими элементами и металлами, как, например, платина, которую легче извлечь на астероиде, чем на Земле, не заботясь о загрязнении окружающей среды или политике. Это можно сделать, например, с помощью пилотируемой космической станции, соединенной с астероидом.
Сколько лет должно пройти, прежде чем все это станет возможно? Большинство технологий, необходимых для воплощения таких идей в реальность — помимо искусственной гравитации, — уже доступны, говорит Грандл.
Интересная статья? Подпишитесь на наш канал в Telegram, чтобы получать больше познавательного контента и свежих идей.
14 апреля 2017 Big Think
Читайте также: