Лунный грунт из Моря Изобилия, доставленный межпланетным аппаратом «Луна-16»
Так или иначе, но для начала необходимо провести углубленную разведку имеющихся на Луне ресурсов, раз и навсегда избавившись от оценочных суждений. И короткими высадками в духе программы «Сатурн-Аполлон» тут не отделаешься – основу для будущей индустрии может создать только полноценная обитаемая база. Причем работать на ней должны не профессиональные космонавты, а геологи, селенологи, химики, инженеры-технологи. В этой связи вспоминается хрестоматийный пример. Из двенадцати землян, побывавших на Луне, только один не был летчиком-испытателем – 37-летний геолог Харрисон Шмитт, который обучал астронавтам основам своей науки. Однако когда Шмитт сам оказался на Луне в составе экспедиции «Аполлон-17», он сумел собрать намного больше сведений о составе и строении реголита, чем члены всех предшествующих экспедиций. В XXI веке участие ученых в космических полетах должно стать нормой, а не уникальным событием – каждый должен заниматься своим делом.
В принципе идея строительства обитаемой научно-исследовательской базы на Луне так или иначе рассматривается всеми существующими космическими агентствами и клубами со времен полета первых тяжелых ракет. Ученые и конструкторы приходят к ней, потому что это самая очевидная цель для расширения экспансии: когда человек обоснуется на соседнем небесном теле, можно будет без преувеличения говорить о том, что наша цивилизация стала поистине космической. Лакомым куском выглядят и принципиально новые технологии, которые неизбежно появятся при освоении Луны.
Где разместить такую базу? Логичным кажется использовать одно из исследованных мест, то есть районы прилунений кораблей «Аполлон». Но где в таком случае взять воду для обеспечения нужд людей и механизмов? В доставленных астронавтами образцах грунта хватает оксидов (т. е. можно химическим путем добывать кислород), но ничтожно мало водорода – соответственно, близко к нулю содержание Н2О и ОН. С тех пор Луна считалась абсолютно безводной, что представляет особую проблему для лунной базы, ведь если доставлять воду с Земли, она будет поистине золотой. К счастью, в конце XX века представления о Луне опять начали меняться: в высушенном мертвом море обнаружили лед.
Американский межпланетный аппарат «Lunar Prospector»
Тут нам понадобится немного теории. Как известно, Луна вместе с Землей находится в «поясе жизни» – т. е. на таком удалении от Солнца, когда интенсивность солнечного тепла достаточно высока, чтобы водный лед начал плавиться и таять. Однако Н2О делает водой не только температура, но и давление. Чем ниже давление окружающей среды, тем ниже температура, при которой вода закипает, превращаясь в пар. Мы привыкли, что лед тает при 0 °C, а вода закипает при +100 °C, а вот в горах Тибета, на высоте 4 км, она закипает при +87 °C, что сказалось на национальной кухне тибетцев: они готовят пищу из рисовой муки, поскольку максимально возможной температуры не хватает для проварки зерен. В вакууме под нагревом солнечных лучей лед практически сразу превращается в пар, минуя жидкую стадию. Получается, на Луне не может быть залежей льда в открытом состоянии. К счастью, у полюсов есть зоны, на которые никогда не падал солнечный свет (так называемые «холодные ловушки»). Если туда хотя бы раз за несколько последних миллионов лет обрушилась комета, то вполне может статься, что сохранились и обломки ее ледяного ядра. Гипотеза о полярном льде стала популярна и требовала проверки.
В октябре 1989 года корабль «Атлантис» доставил на орбиту аппарат «Галилео», (“Galileo”), созданный НАСА для подробного изучения Юпитера и системы его спутников. В декабре 1992 года «Галилео» проходил мимо Луны по разгонной траектории, и с помощью установленного на нем спектрометра ученые попытались найти признаки льда на лунном северном полюсе. Однако их постигло разочарование.
В январе 1994 года стартовал космический аппарат «Клементина» (“Clementine”). Программа его полета предусматривала изучение Луны и астероида Географ (1620 Geographos). С целью поиска водного льда в марте и апреле аппарат облучал полюса Луны радиоволнами и над южным полюсом получил слабый «отклик».
Чтобы закрыть вопрос раз и навсегда, в январе 1998 года НАСА запустило межпланетный аппарат «Лунар Проспектор» (“Lunar Prospector” с англ. «Лунный изыскатель»), на борту которого среди других приборов находился нейтронный спектрометр, способный дистанционно определить наличие в лунном грунте водорода, а значит и воды. На этот раз энтузиасты могли ликовать: водный лед был найден и на северном полюсе, и на южном. На основании полученных данных ученые установили, что лед находится там в виде разрозненных гранул, погруженных в грунт не более чем на два метра.
Однако вновь возникли возражения: критики указывали, что открытие водорода вовсе не означает, что на полюсах есть чистый лед, до которого надо докопаться. Грунт Луны мог абсорбировать воду, химически связав атомы кислорода и водорода в своих минералах. НАСА потребовался еще один уникальный эксперимент, реализовать который удалось только через десять лет.
Американский межпланетный аппарат «Lunar Reconnaissance Orbiter»
18 июня 2009 года в космос отправились сразу два аппарата: “Lunar Reconnaissance Orbiter” (LRO, Лунный орбитальный зонд) и “Lunar Crater Observation and Sensing Satellite” (LCROSS, Космический аппарат для наблюдения и зондирования лунных кратеров). Задача первого аппарата, созданного с использованием технологий разведывательных спутников нового поколения, заключалась в составлении наиболее подробной карты Луны из всех когда-либо существовавших. LRO успешно справился с этой задачей – разрешение его великолепных камер таково, что дает возможность различить метровые объекты. Это, в частности, позволило заснять в деталях места высадок экспедиций «Аполлона» и даже отыскать советские «Луноходы» и посадочные платформы станций «Луна». Кроме того, на LRO стоит нейтронный детектор LEND (Lunar Exploration Neutron Detector), сконструированный российским Институтом космических исследований (ИКИ РАН) и предназначенный для картографирования распределения водорода в верхнем слое реголита.
Чтобы данные детектора не могли быть превратно истолкованы скептиками, второй аппарат LCROSS должен был наблюдать падение на Луну разгонного блока «Центавр» (“Centaur”) массой 2 т. Планировалось, что удар на скорости 2,5 км/с выбьет 350 т лунного грунта на высоту порядка 10 км. Наблюдать за этим столбом пыли, определяя его состав спектрометрами, должен был не только LCROSS, но и множество других астрономических систем в космосе и на Земле. В качестве цели для нанесения удара ученые выбрали южный полярный кратер Кабеус (Cabeus). 9 октября 2009 года с интервалом в четыре минуты LCROSS и «Центавр» врезались в Луну. Результат превзошел все ожидания. Хотя выброшенное в космос облако реголитной пыли оказалось куда меньше, чем надеялись ученые, в нем удалось выявить 100 кг водяных паров.
Американский межпланетный аппарат «Lunar Crater Observation and Sensing Satellite» наносит удар по Луне
Однако самое удивительное открытие принесло сравнение результатов наблюдений с помощью российского детектора LEND на LRO, и американского прибора М3 (Moon Mineralogy Mapper), установленного на борту индийского межпланетного аппарата «Чандраян-1» («Лунный корабль 1»). Оказалось, что водный лед распределен по всей поверхности Луны с ростом концентрации к полюсам. Среднее значение концентрации – 0,1 %. То есть теоретически воду можно добывать из грунта в любом месте. Впрочем, с практической точки зрения это довольно трудная задача – для того чтобы получить два литра питьевой воды, необходимых космонавту ежедневно, надо перелопатить две тонны реголита.
Получается, от полюсов нам все равно не уйти, ведь там есть реальный шанс найти полноценное замерзшее «озеро». Аномалию, указывающую на существование «озера» площадью 135 км2, выявил еще аппарат «Клементина». Находится она внутри «холодной ловушки» кратера Шеклтон (Shackleton), расположенного прямо в точке южного полюса. Важно и другое обстоятельство – края кратера почти все время освещены солнечным светом, т. е. энергии для фотоэлектрических преобразователей хватит в избытке. Опять же температура на склонах этого кратера более благоприятна для поселения, чем в экваториальных зонах, поскольку нет чудовищных перепадов от +100 °C лунным днем до -150 °C лунной ночью. И еще одно: в 120 км от Шеклтона находится пятикилометровый пик горы Малаперт (Malapert Mountain), вершина которой всегда видна с Земли – там можно разместить автоматическую радиостанцию, бесперебойно связывающую лунную базу с наземными центрами.
Таким образом, место под первую обитаемую базу определено. Остается сущая «мелочь» – добраться туда, мягко прилуниться, развернуть жилые модули и солнечные батареи. Давайте посмотрим, насколько готовы земляне к завоеванию Луны.
Таким образом, место под первую обитаемую базу определено. Остается сущая «мелочь» – добраться туда, мягко прилуниться, развернуть жилые модули и солнечные батареи. Давайте посмотрим, насколько готовы земляне к завоеванию Луны.
3.3. Российская Луна
В начале февраля 2012 года средства массовой информации в очередной раз принялись активно обсуждать фантастические перспективы российской космонавтики. Пошла волна соответствующих заголовков: «Россия хочет отправить человека на Луну», «Россияне погуляют по Луне в 2020 году», «Роскосмос приглашает на Луну», «Роскосмос ищет добровольцев для полета на Луну». Что же случилось? Оказывается, Владимир Поповкин, на тот момент глава Федерального космического агентства России (Роскосмоса), заявил в интервью радиостанции «Эхо Москвы», что Центр подготовки космонавтов имени Юрия Гагарина (ЦПК в Звёздном) начинает новый отбор в отряд космонавтов, и что новички, скорее всего, будут «готовиться на Луну». Когда речь зашла о сроках, Поповкин осторожно предположил: «Сегодня наука созрела для того, чтобы использовать Луну. Я думаю, что к 2020 году человек будет на Луне». Как видите, обобщение о россиянах, которые скоро прогуляются по Луне, остается на совести журналистов: россиянин – конечно, человек, но далеко не всякий человек – россиянин. Впрочем, нас больше интересует другое: верно ли утверждение главы Роскосмоса о том, что новый набор космонавтов будет готовиться к полетам на Луну? Есть ли для этого необходимые предпосылки?
В предыдущей главе мы установили, что для обеспечения лунной экспедиции необходимы как минимум три компоненты космической инфраструктуры: ракета-носитель с грузоподъемностью 100 т, космодром с соответствующим стартовым комплексом и пилотируемый космический корабль, имеющий необходимый для двухнедельного полета ресурс и прошедший полный цикл летно-конструкторских испытаний. Разумеется, не обойтись и без других милых «мелочей» типа развитой сети научно-измерительных пунктов, которые обеспечивают связь и управление на всех этапах полета; без подробных карт лунной поверхности и научно-информационного обеспечения; без международной кооперации и мощной производственной базы. Но прежде всего надо разобраться с ракетой, космодромом и кораблем.
Лунная программа Сергея Королёва (ОКБ-1 и ЦКБЭМ) предусматривала создание сверхтяжелой ракеты Н-1 с грузоподъемностью от 75 до 90 т, двух стартовых площадок под нее на космодроме Байконур и пилотируемого корабля Л-3. Лунная программа Валентина Глушко (НПО «Энергия») включала создание ракеты «Вулкан» с грузоподъемностью 170 т и лунного экспедиционного комплекса ЛЭК. Россия располагает куда меньшим потенциалом, чем Советский Союз. Единственный национальный космодром, способный обеспечивать пилотируемые запуски, расположен в северном Плесецке, что неудобно для полетов на Луну. Байконур арендован до 2050 года, однако условия аренды таковы, что в случае возникновения каких-либо проблем казахстанское правительство может остановить запуски и любые работы на нем. С ракетами тоже напряженно. Хотя отрасль располагает целой линейкой носителей, сконструированных и прошедших испытания еще при СССР, самым мощным из них остается «Протон-М» с грузоподъемностью до 23 т, причем его использование ограничено из-за высокотоксичных компонентов топлива. Поэтому российские лунные планы не идут ни в какое сравнение с советскими.
Десять лет они вообще не обсуждались – наша страна с трудом тянула «Мир» и МКС, тут не до мечтаний о Луне. Затем президентом Ракетно-космической корпорации «Энергия» (наследницы одноименного НПО) стал молодой амбициозный менеджер Николай Севастьянов, который в порядке производственной инициативы предложил свою собственный проект освоения Луны, ставший частью «Концепции программы развития пилотируемой космонавтики России на период 20062030 гг.». Главной особенность этой концепции было активное использование существующего задела. В первую очередь предлагалось модернизировать ракету «Союз» до модификации «Союз-2-3», подняв грузоподъемность до 14 т. С помощью этой ракеты планировалось выводить в космос пилотируемый крылатый корабль «Клипер» и межорбитальный буксир «Паром». Эти многоразовые системы обеспечили бы строительство и эксплуатацию МКС до 2015 года. Параллельно модернизировали бы и основной корабль «Союз», чтобы можно было летать на нем не только на орбиту, но и на Луну.
Дальше – самое интересное. Севастьянов предполагал начать освоение Луны российскими средствами уже в 2012 году. Выглядело бы это так. На орбиту выводится корабль «Союз», после чего стартует ракета «Протон» с разгонным блоком «ДМ». В космосе корабль и блок стыкуются, после чего вся связка совершает облет Луны, и экипаж в спускаемом аппарате возвращается на Землю со второй космической скоростью – т. е. перед нами старая схема «бумеранг», предложенная еще Сергеем Королёвым. Следующий полет требовал запуска четырех ракет: кроме «Союза» на орбиту выводились бы два блока «ДМ» и разгонный блок «Фрегат». Весь этот комплекс должен был выйти на круговую орбиту вокруг Луны. Третья экспедиция требовала запуска семи ракет! На этот раз планировалось сначала отправить связку из разгонных блоков и лунного спускаемого модуля, а следом – корабль «Союз». На окололунной орбите они должны были состыковаться, после чего лунный модуль в беспилотном режиме садился бы на поверхность и взлетал с нее – таким образом отрабатывалась процедура высадки на Луну по образу и подобию экспедиции «Аполлон-10». И только в ходе четвертого рейса, опять же требующего семи запусков ракет, должна была состояться кратковременная высадка двух российских космонавтов на Луну. Завершить этот этап Севастьянов собирался в 2015 году, после чего началось бы строительство развитой инфраструктуры на трассе Земля – Луна с последующим созданием обитаемой базы на Луне.
Проект тут же вызвал нарекания экспертов. Не надо быть семи пядей во лбу, чтобы увидеть недостатки. Двадцать запусков ракет-носителей «Союз» и «Протон», а в результате – одна скромная высадка, не имеющая ни научной, ни технической, ни коммерческой ценности. Кроме того, очень высоки риски. Допустим, один из семи запусков завершился аварией – что делать с запущенными блоками и модулями?..
Концепцию Николая Севастьянова воспринял в штыки Анатолий Перминов, возглавлявший в то время Роскосмос. Ее даже публично называли «приступом лунатизма». Севастьянов пытался заручиться поддержкой правительства, но получил отказ, в итоге летом 2007 года был отправлен в отставку.
Универсальный ракетный модуль УРМ
Видимо, столь громкое фиаско предшественника произвело впечатление на петербургского конструктора Виталия Лопоту, который пришел на смену Севастьянову. Долгое время специалисты РКК «Энергия» в принципе не обсуждали лунные проекты, боясь прослыть «прожектерами». Главной стратегической целью российской пилотируемой космонавтики была объявлена высадка на Марс, что неоднократно подтверждали и высшие лица государства. Впрочем, выглядело это странновато – как лететь на Марс, не опробовав перспективную технику на Луне? В конце концов разум возобладал над эмоциями, и в 2011 году РКК «Энергия» выпустила фундаментальный труд «Луна – шаг к технологиям освоения Солнечной системы», в котором было изложено общее видение российской лунной программы новейшего времени. Очевидно, именно эту концепцию и поддержал Владимир Поповкин, когда говорил о необходимости подготовки лунных космонавтов. Всех заинтересованных лиц отправляю на поиски этого мощного труда, благо он есть в интернете, а здесь коротко опишу основные этапы.
Лунная программа, подготовленная РКК «Энергия», рассчитана на тридцать лет и разбита на четыре этапа.
Первый подготовительный этап предусматривает изучение Луны с помощью автоматических средств и пилотируемых экспедиций. Программу развертывания стационарных и мобильных роботов на лунной поверхности Луны представило Научно-производственное объединение имени Семена Лавочкина (НПО имени С. А. Лавочкина), которое занимается созданием межпланетных аппаратов. В качестве носителя будет использована ракета «Союз-2» грузоподъемностью 8–9 т, под которую возведены стартовые комплексы на Байконуре, в Плесецке и на экваториальном космодроме Куру (Французская Гвиана). Программа включает следующие проекты: «Луна-Глоб», «Луна-Ресурс», «Луна-Грунт», «Лунный полигон». Если присмотреться к этим проектам повнимательнее, то мы с удивлением обнаружим, что они фактически воспроизводят советскую программу изучения Луны, которая была реализована тем же НПО имени С. А. Лавочкина еще в те времена, когда оно называлось Конструкторским бюро имени С. А. Лавочкина и когда его возглавлял талантливый конструктор Георгий Бабакин (т. е. с 1965 по 1971 годы).