Сканировал В.Молодцов
«Конверсия в машиностроении» 2001 г №2, с.16-21

НЕРЕАЛИЗОВАННЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПРОЕКТЫ
УДК 624 (158)
И.В. БАРМИН, Генеральный конструктор КБОМ, д-р техн. наук,
А.В. ЕГОРОВ заместитель генерального конструктора КБОМ

Проект лунного поселения

В 70-е годы в Советском Союзе велись работы над проектом создания долговременного лунного поселения. Создание такого крупного космического объекта предполагалось осуществить для решения целого ряда научных и прикладных задач, связанных с исследованиями самой Луны с целью познания её истории, природных ресурсов, возможности использования этих ресурсов в интересах человека, мониторинга Земли, исследований дальнего космоса, недоступных для земной астрономии, использованием Луны как промежуточной базы при совершении дальних космических полетов.

Процесс создания лунного поселения планировалось разбить на ряд этапов. Главным его объектом является основное сооружение, в котором в максимальной степени воспроизводятся все привычные для человека условия жизни. Сооружение монтируется из отдельных модулей. В состав лунного поселения входят также энергетический центр, комплекс научного оборудования и сооружений, передвижные средства для проведения исследовательских экспедиций по Луне.

Реализацию проекта предполагалось осуществить с использованием сверхтяжелой ракеты-носителя Н1.

In the 70s in the Soviet Union works on the project of the Moon long-term settlement were carried out.

It was supposed to create such large space object for solving a number of scientific and applied tasks associated with investigation of the Moon per se to cognize its history, natural resources, potentialities of using these resources in the interests of people, the Earth monitoring, the farout space study nonattainable for the earth astronomy, employment of the Moon as an intermediate base for effecting for space flights.

The process of effecting the Moon settlement was planned to be divided into a number of stages. Its main object is the basic construction which would to a maximum degree reproduce all the usual life conditions for people. The construction is to be mounted from separate modules. The Moon settlement also involves a power generation center, a complex of research equipment and buildings, travel facilites for research expeditions on the Moon.

The project realization was assumed to be effected using a superheavy carrier-rocket N1.

В 70-е годы в Советском Союзе, в КБ общего машиностроения и ряде других организаций, велись работы над проектом создания долговременного лунного поселения (ЛП). Создание такого крупного космического объекта предполагалось осуществить для решения ряда научных и практических задач, среди которых можно отметить следующие:

— во-первых, проведение геологических, геофизических и научно-технических исследований самой Луны с целью познания её истории, природных ресурсов, возможности использования этих ресурсов в интересах человека. Кроме того, Луна может помочь в познании истории Солнечной системы, так как благодаря отсутствию на ней атмосферных явлений, вызывающих эрозию поверхности, она сохранила свой ранний облик;

— во-вторых, организация постоянного мониторинга Земли в интересах метеорологии, сельского хозяйства, обнаружения катастроф и т.д.;

— в-третьих, с Луны, благодаря отсутствию у неё атмосферы, могут быть проведены исследования дальнего космоса, недоступные для земной астрономии;

— в-четвертых, Луну можно использовать в качестве промежуточной базы при совершении космических полетов, полигоном для отработки космической техники, подготовки экипажей для дальних космических экспедиций.

Реализацию проекта предполагалось осуществить с использованием создававшейся в те годы в СССР сверхтяжелой ракеты Н1, способной доставить на поверхность Луны до 6 т полезного груза, а при двухпусковой схеме (со стыковкой на околоземной орбите) — четыре человека экипажа. В качестве вспомогательного средства могла быть использована ракета "Протон" для доставки на Луну до 1 т полезного груза.

ЛП (рис. 1) является основным, центральным звеном лунного комплекса, в состав которого входят также сеть размещенных по всей поверхности Луны автоматических стационарных научных станций, искусственных спутников Луны научного и прикладного назначения, автоматические передвижные научные станции типа "Луноход". С лунным комплексом взаимодействует наземный командный комплекс, а также транспортная космическая система "Земля-Луна".

ЛП служит основным местом пребывания людей, центром управления и связи, лабораторией предварительной обработки и анализа результатов исследований, базой хранения и технического обслуживания оборудования.

Рис. 1. Генеральный план лунного поселения:
1 — установка для сверхглубокого бурения; 2 — тягач; 3 — передвижной кран; 4 — тележка-прицеп; 5 — кислорододобывающая установка; 6 — основное здание; 7 — передвижная энергетическая установка; 8 — радиационные теплообменники; 9 — телескоп оптический; 10 — телескоп рентгеновский; 11 — фитотрон; 12 — электрокабели; 13 — автопоезд; 14 — энергоустановка

В состав ЛП входят:

— комплекс основного сооружения (рис. 2) — место постоянного пребывания членов экипажа ЛП, поэтому здесь обеспечивается полная защита людей от действия неблагоприятных факторов лунной среды и наиболее комфортные и привычные условия жизни;

— сооружения научно-исследовательского комплекса, включающего обсерваторию, геофизическую станцию с установкой для сверхглубокого бурения;

— энергоцентр;


Рис. 2. Основное сооружение лунного поселения

— транспортные средства, которые могут объединяться в автопоезд;

— лунный космодром;

— установка для получения кислорода из лунного грунта.

В качестве земного аналога при разработке проекта ЛП был принят комплекс советской антарктической научной станции. В его состав, как известно, входят: центральная база (поселок Мирный), через которую осуществляется материально-техническое снабжение всего комплекса, координируется работа различных его объектов. В Антарктиде зимой непривычные и опасные для человека природные условия, поэтому здесь созданы максимально комфортные условия для жизни и отдыха. Помимо основного поселка имеется сеть материковых станций (Молодежная, Новолазаревская, Восток), связь с которыми осуществляется с помощью самолетов и санно-тракторных поездов. На таких поездах регулярно проводятся маршрутные экспедиции (например, экспедиция к Южному полюсу Земли и т.д.).


Рис. 3. Трансформируемый модуль

Конструкция основного сооружения ЛП должна быть герметичной, иметь теплоизоляцию и обеспечивать защиту от космической радиации и метеорных частиц. Основные проблемы состояли в обеспечении максимальной живучести основного сооружения, минимизации трудозатрат при его строительстве и соблюдении ограничений, связанных с транспортировкой с Земли.

Исходя из этого, была принята модульная схема построения, т.е. все сооружение собирается из отдельных блоков (модулей), каждый из которых является автономным элементом конструкции. Это дает следующие преимущества:

— каждый модуль представляет собой герметичную ячейку, благодаря чему получается естественное разделение всего сооружения на отдельные, изолированные друг от друга зоны и тем самым обеспечивается повышение его живучести;

Технические характеристики

Количество членов экипажа............................................................................... 12 чел.

Общий объем......................................................................................................864 м3

Свободный объем...............................................................................................672 м3

Площадь пола.....................................................................................................195 м2

Экспликация помещений:

1 — жилая каюта; 2 — санузел; 3 — камбуз основной; 4 — столовая; 5 — командный пункт; 6 — медицинский пункт; 7 — мастерская; 8 — фотолаборатория; 9 — геохимическая лаборатория; 10 — геофизическая лаборатория; 11 — хранилище геофизических образцов; 12 — биолаборатория; 13 — центр обработки информации; 14 — шлюзовая камера

Рис. 4. Основное сооружение. Этап 3.

— при модульной схеме сооружение легко разделяется на транспортные партии;

— модульная схема позволяет растянуть во времени процесс строительства сооружения, разбить этот процесс на отдельные этапы, а также, в случае необходимости, реконструировать сооружение или расширить его.

Защиту людей и оборудования от действия космической радиации и метеоритов целесообразно обеспечить засыпкой сооружения лунным грунтом (реголитом).

Технические данные

Число членов экипажа............................4 чел.

Время

автономного существования................ 60 сут.

Скорость...............................................5 км/ч

Количество ведущих колес..........................22

Преодолеваемый уклон............................. 30°

Мощность

передвижной энергоустановки..............10 кВт

Протяженность рейда

за одну экспедицию ........................... 1500 км

Рис. 5. Средства передвижения. Автопоезд


Как показали расчеты, надежную защиту обеспечит слой толщиной 30-40 см.

Для обеспечения удобства транспортировки модулей на Луну была разработана так называемая трансформируемая конструкция (рис. 3), которая позволяла в транспортном положении иметь длину модуля 4,5 м, а после доставки увеличивать её до 8,6 м. Трансформация таких конструкций осуществляется за счет подачи в их внутренние полости избыточного давления (достаточно рабочего давления, поддерживаемого в помещениях основного сооружения).

Конфигурация основного сооружения в плане (рис. 4) разработана таким образом, чтобы во-первых, имелась возможность эвакуировать людей из любого помещения при возникновении аварии в любом модуле, и во-вторых, была обеспечена возможность строительства сооружения в три этапа, при этом на каждом этапе не требуется снимать грунт с ранее обвалованных модулей:

— на первом этапе численность экипажа составляет четыре человека и монтируется три модуля;

— на втором этапе добавляются еще три модуля и численность экипажа доводится до восьми человек.

— на третьем этапе пристраиваются еще три модуля, численность экипажа доводится до 12 человек, и это представляет собой окончательную конфигурацию основного сооружения.

Сооружение имеет две шлюзовые камеры (модули 2 и 9), расположенные в противоположных его концах, обеспечивающих одновременный выход четырем космонавтам через каждую камеру. 12 индивидуальных кают (площадью 2 м2 каждая) для членов экипажа размещаются в модулях 1, 4, 7. В каждой каюте имеются кресло-кровать, откидной стол, шкаф для личных вещей. Около каждой каюты хранится резервный скафандр на случай аварийной ситуации. Кроме кают в модулях 1, 4, 7 имеются туалеты и душевые; здесь же размещены основные блоки системы обеспечения жизнедеятельности. Кухня (площадью 7,5 м2), столовая и она же кают-компания (площадью 13,5 м2) занимают целиком весь модуль 6.

Здесь же хранятся и запасы обезвоженных и замороженных продуктов.

В модуле 5 находится основной командный пункт ЛП. Отсюда осуществляется координация и контроль деятельности членов экипажа ЛП, поддерживается связь с Землей и с другими космическими объектами, функционально связанными с ЛП, контролируется работа многочисленных систем ЛП. В модуле 3 располагается медицинский пункт и помещение для занятий физкультурой. Здесь же размещается резервный командный пункт, используемый в случае выхода из строя основного командного пункта. Модули 8 и 9 целиком отведены для научных лабораторий. В модуле 2, кроме шлюзовой камеры, имеется мастерская для ремонта техники, научных приборов и скафандров.

Основное сооружение оснащено системой жизнеобеспечения, в состав которой входят: подсистема регенерации атмосферы, подсистема водообеспечения, выполняющая функцию регенерации жидких отходов человека, подсистема обработки и удаления твердых отходов, подсистема санитарно-гигиенического обеспечения, подсистема хранения и приготовления пищи. В состав системы жизнеобеспечения входит также фитотрон, который одновременно является средством психологической разгрузки членов экипажа.

На всех этапах создания и эксплуатации ЛП используются транспортные средства, с помощью которых производится выбор места расположения ЛП, перемещаются грузы, ведется строительство сооружений лунного комплекса, осуществляются научные экспедиции по Луне.

Как известно, на Луне сила тяжести в 6 раз меньше, чем на Земле. Соответственно, в 6 раз уменьшается сила сцепления колеса с грунтом и, следовательно, создаваемое им тяговое усилие. Поэтому основной отличительной особенностью транспортного средства, работающего в условиях Луны, является наличие только ведущих колес. В проекте предусматривалось использование во всех транспортных средствах ЛП унифицированных мотор-колес, снабженных электроприводом и упругими металлическими шинами диаметром 1 м.



Рис. 6. Разгрузка модуля с посадочной ступени

В состав транспортных средств ЛП входят (рис. 5): тягач, передвижное укрытие, тележка-прицеп, кран, передвижной энергетический блок.

Тягач служит транспортным средством и рабочей машиной при выполнении работ по строительству ЛП, перевозки грузов, совершении локальных поездок, а также как головной агрегат автопоезда при совершении длительных научных экспедиций по Луне.

Тягач имеет герметичную кабину объёмом 35 м3, снабженную теплоизоляцией и противометеорной защитой, внутри которой поддерживаются условия жизни для экипажа из двух человек. В кабине имеются рабочие помещения, санузел и шлюзовая камера. В качестве источника электропитания в тягаче используются батареи аккумуляторов. Автономность тягача — до 2 сут, запас хода до 100 км.


Рис. 8. Основное сооружение. Схема обваловки лунным грунтом

При выполнении работ при строительстве ЛП к тягачу прицепляются кран, тележка-прицеп (рис. 6, 7) или навешивается ковш экскаватора (рис. 8).

Передвижное укрытие служит временным жильём для экипажа из четырех человек на этапе строительства ЛП и при совершении длительных маршрутных экспедиций в составе автопоезда. Передвижное укрытие имеет герметичную кабину объёмом 56 м3, снабженную теплоизоляцией и противометеорной защитой. Внутри кабины имеется спальня, кают-компания, санузел и шлюзовая камера. В качестве источника электропитания используется батарея топливных элементов. Автономность передвижного укрытия — до 14 сут.



Рис. 7. Пристыковка и трансформация модулей

По маршруту следования автопоезда могут проводиться исследования, в основном геологические и геофизические. Для этих целей на тележке-прицепе размещается буровая установка. Кроме того, в выбранных местах космонавты смогут размещать автоматические научные станции, информация от которых будет передаваться на Землю по системе телеметрии. В качестве основного источника энергопитания при дальних поездках будет использоваться радиоизотопная термоэмиссионная установка электрической мощностью 6 кВт.

Для получения воды и кислорода из лунных пород с целью компенсации невосполнимых потерь этих компонентов при эксплуатации ЛП предназначена кислорододобывающая установка. Технологический процесс, реализуемый в этой установке, основан на восстановлении окиси железа, которая в значительных количествах содержится в лунном реголите. Система электроснабжения ЛП использует в качестве основного источника энергии два ядерных термоэмиссионных реактора-преобразователя, объединенных в единую установку суммарной электрической мощностью 50 кВт.

Проектные проработки, выполненные в 1973 г., показали, что общий вес грузов, который потребуется доставить на Луну для строительства там ЛП, составит около 80 т. При эксплуатации ЛП ежегодные поставки грузов оцениваются в 12 т.

Очевидно, что время создания ЛП еще не наступило. Но оно приближается, и это может стать следующим большим международным космическим проектом после завершения строительства международной космической станции.