Тридцать лет назад, 19 декабря 1972 года, спускаемый аппарат корабля "Аполлон-17" приводнился в Тихом океане примерно в пятистах километрах к югу от острова Самоа. На этом завершилась программа изучения и освоения Луны, инициированная президентом США Джоном Кеннеди в мае 1961 года. Полет "Аполлона-17" оказался последним, и теперь уже мало кто вспоминает, что американская космическая программа "Аполлон" закончилась совсем не так, как предполагалось...
Согласно сохранившимся документам, с 1970 по 1972 год планировалось провести восемь пилотируемых экспедиций на Луну, однако в реальности состоялось только пять ("Аполлон-13, -14, -15, -16, -17"). В 1978-1980 годах намечалось построить обитаемую станцию на окололунной орбите, а с 1980 по 1983 год - развернуть постоянную базу на поверхности Луны, но и эти два проекта по сей день остаются мечтой фантастов. У скороспелого завершения программы "Аполлон" есть несколько причин. Среди них обычно называют значительное урезание бюджета, вызванное колоссальными расходами на войну во Вьетнаме, а также снижение интереса американской общественности к космическим исследованиям после того, как победа в лунной гонке была достигнута. Но есть еще одна причина, по которой программа "Аполлон" не могла быть доведена до логического конца. Дело в том, что она была преждевременной. У человечества еще не возникло потребности в планомерном освоении ресурсов Луны, а значит, любые расходы на подобное предприятие тогда не могли принести какой-либо отдачи, кроме морального удовлетворения. А удовлетворение было достигнуто уже на этапе полета "Аполлона-8" вокруг Луны. Большего, в сущности, и не требовалось, поэтому к тому моменту, когда Нейл Армстронг ступил на лунный грунт, участь программы "Аполлон" была предрешена. Ныне проект лунной базы, который разрабатывался в рамках программы "Аполлон", забыт. Но он представляет интерес хотя бы потому, что является частью истории.
Детальное планирование лунной базы началось в НАСА в 1961 году. В разработке принимали участие авиакомпании "Боинг", "Норт Америкен", "Рокуэлл" и "Грумман". В разное время этот проект назывался по-разному: "Аполлон-Икс", "Аполлон-ЕС", "Аполлон-АП". В 60-е годы не существовало лунного корабля многоразового использования, но конструкторы НАСА рассчитывали на то, что по мере развития программы такое средство появится.
И действительно, в скором времени появился проект "лунного такси" фирмы "Грумман", который представлял собой модифицированный вариант лунного модуля корабля "Аполлон", приспособленный для длительного (до 14 дней) пребывания экипажа из двух астронавтов на лунной поверхности. Габариты "лунного такси" были выбраны следующие: полная длина - 6,4 метра, максимальный диаметр - 4,3 метра, обитаемое пространство - 6,65 кубических метров, полная масса - 14700 килограммов, масса топлива - 10500 килограммов.
Понятно, что при таких габаритах "лунное такси" не было способно обеспечить полноценную двухнедельную работу на лунной поверхности, поэтому в дополнение к нему конструкторы спроектировали "лунное убежище", которое должно было прилуняться самостоятельно, в автоматическом режиме, по сути являясь прототипом жилого блока временной лунной базы.
При использовании этих двух аппаратов экспедиция на Луну выглядела бы так. Сначала отправляется модуль "лунное убежище". Если в течение трех месяцев его агрегаты функционируют нормально, к Луне отправляется космический корабль, состоящий из типового командного модуля "Аполлон" и "лунного такси". Первый остается на окололунной орбите, второй совершает прилунение. После того как "такси" опустится на поверхность Луны, астронавты покинут его, перейдя в "убежище". Там они проведут полные две недели экспедиции. Габариты "лунного убежища" в точности такие же, как и у "такси", но запасов топлива гораздо меньше, что позволяет разместить на модуле гораздо больший запас воздуха и продуктов, а также дополнительный комплект научного оборудования.
Дальнейшее увеличение продолжительности лунной экспедиции могло быть достигнуто за счет доработки приборно-агрегатного отсека корабля "Аполлон", который превращался в посадочный модуль. На основе этой доработки возник проект лунной станции "ЛАСС", с помощью которой можно было бы доставить на Луну 7,7 тонны полезного груза, обеспечив тем самым работу экипажа из двух человек в течение 96 дней. Помимо основного оборудования, груз включал лунный автомобиль и лунный перемещаемый модуль. Поскольку не было возможности обеспечить нормальную жизнедеятельность астронавта, оставляемого на орбите в течение 100 дней, то был предложен вариант, при котором он возвращался на Землю, а за двумя астронавтами, работающими на Луне, снаряжалась отдельная экспедиция.
Рассматривался и более экономичный вариант, при котором отпадала необходимость в дополнительном запуске. Космический корабль дорабатывался таким образом, чтобы он мог разделиться на два крупных модуля: блок орбитальной станции и блок лунной базы. При такой конфигурации к Луне можно было доставить экипаж из четырех человек, двое из которых оставались на орбите, а двое спускались на поверхность. При этом эксплуатационный ресурс блока лунный базы составлял 100 дней, а модуля "Лунное такси", на котором астронавты спустятся на поверхность, - 60 дней.
Позднее рассматривался еще более радикальный проект "Аполлон-ЛЕСА", предусматривающий создание принципиально нового космического корабля, предназначенного для посадки на Луну. При этом в комплекс "ЛЕСА" входил блок "убежища" и вездеход "Молаб". Весь комплекс доставлялся на поверхность Луны в беспилотном режиме. В первоначальном проекте "ЛЕСА-убежище" комплектовалось на экспедицию из трех человек, которая проведет на Луне 90 дней, позднее - на экспедицию из шести человек. Габариты "Аполлон-ЛЕСА": полная длина - 4,3 метра, максимальный диаметр - 6,7 метра, обитаемый объем - 80 кубических метров, полная масса - 9700 килограммов.
В разработанных проектах лунной базы "Аполлон" в качестве средства транспортного обеспечения предлагалось использовать ракету "Сатурн-5".
Непосредственно перед началом реализации программы "Аполлон" в 1967 году появился проект, рассматривающий создание четырех долговременных баз на лунной поверхности: двух станций в кратере Гримальди, одной - в центре обратной стороны Луны и одной - на южном полюсе. Функционирование всех баз предполагалось осуществлять последовательно. Например, база в кратере Гримальди должна была работать в течение двух лет. В программу исследований входили астрономические наблюдения, эксперименты по биологии, в области прикладных наук. Затем в качестве второй очереди могла бы вступить в строй следующая лунная станция и так далее. Вся программа четырех лунных баз потребовала бы проведения 63 запусков ракет-носителей "Сатурн-5" с 1971 по 1988 год.
Вскоре после первых полетов на Луну в 1971 году был предложен еще один проект организации постоянно действующей лунной базы, который содержал ряд новых элементов. Во-первых, в разработках уже использовались первые результаты лунных экспедиций. Во-вторых, была предложена концепция такой организации лунной базы, в которой основная транспортная нагрузка ложилась не на систему ракеты-носителя "Сатурн-5", а на корабль многоразового использования "Спейс Шатл", с помощью которого все необходимые грузы должны были доставляться на низкую околоземную орбиту с последующим перемещением к Луне особой транспортной системой. Эта программа стала последней крупной разработкой того периода, но оказалась невостребованной.
В России идея использования Луны в качестве сырьевого ресурса для земной цивилизации выдвигалась еще в трудах Циолковского. Однако технически конкретные описания проектов лунной базы стали появляться только после 1946 года. Проекты рассматривали различные варианты лунных жилищ: искусственные сооружения, использование естественных полостей, защитных свойств лунного вещества, создание замкнутых систем жизнеобеспечения и так далее.
Сергей Королев в публикациях начала 60-х годов наметил этапы изучения Луны, которые своим продолжением предполагали начальные стадии освоения и использования лунных ресурсов. После облета Луны и высадки на ее поверхность Королев считал целесообразным создание постоянно действующей лунной базы: "Организация на Луне постоянной научной станции, а впоследствии и промышленного объекта позволит использовать те нетронутые и еще неизвестные ресурсы этого наиболее близкого к нам небесного тела для науки и народного хозяйства".
В 1962 году Сергей Королев поручил ГСКБ "Спецмаш", которым руководил академик Владимир Бармин, разработать проект лунной базы. Рассказывают, будто Бармин заявил Королеву, что не сможет проектировать базу, не зная, какой носитель будет использоваться для доставки ее элементов на Луну. На что Королев ответил: "Вы спроектируйте базу, а как доставить ее туда, моя забота".
Проектировщики Бармина приступили к работе. Она заняла более десяти лет. В документах ГСКБ "Спецмаш" проект проходил под обозначением "ДЛБ" ("Долговременная лунная база"), в ОКБ-1 его знали под красивым названием "Звезда". В конструкторском бюро "Спецмаша" изучался самый широкий круг вопросов: цели базы, принципы строительства, стадии развертывания и состав научного и строительного оборудования.
Предполагалось, что место для базы будет выбрано с использованием автоматических аппаратов. С орбитального спутника Луны будет произведено картографирование участка, затем беспилотная станция возьмет пробы грунта и доставит их на Землю, после этого район будущего строительства обследуют луноходы. По окончании этапа дистанционного изучения предполагаемой территории базы на Луну отправится экспедиция из четырех человек на "лунном поезде".
"Лунный поезд" конструкции КБ Бармина предназначался для строительства временного городка, а по его завершении - для научных вояжей по окрестностям. В него входили: тягач, жилой вагончик, изотопная энергоустановка мощностью 10 кВт и буровая установка. Ходовая часть у всех этих машин была, как у луноходов: каждое колесо имело свой электромотор, благодаря чему отказ одного или даже нескольких из 22 моторов не парализует общий ход.
Для метеорной, тепловой и ультрафиолетовой защиты обитаемых помещений поезда был разработан трехслойный корпус. Сверху и изнутри - стенки из специальных сплавов, между ними - подушка из вспененного наполнителя. Полный вес "лунного поезда" составлял 8 тонн.
Главной задачей экипажа "лунного поезда" должны были стать геологические исследования: сначала - для подбора участков под городок и космодром, потом - для решения научных вопросов.
В доставленном с Луны грунте ученые нашли довольно много окислов. Это означало, что не надо везти с собой большие запасы воды - ее можно заменить гораздо более легким водородом, а затем с помощью отработанной химической реакции получить воду в необходимых количествах. Совместно с инженерами НПО Лавочкина конструкторы бюро Бармина изготовили водоснабженческий автомат для Луны, однако отправить его туда для проверки на местности не удалось.
В ходе развития проекта проступали черты будущей базы на 12 человек. Первоначально она должна была состоять из 9 типовых блоков цилиндрической формы. Габариты блока: длина - 8,6 метра, диаметр - 3,3 метра, полная масса - 18 тонн.
На заводе блок изготавливается укороченным, в виде металлической гармошки длиной 4,5 метра - под габариты транспортного корабля. На строительной площадке в гармошку под давлением подается воздух, она разъезжается, и блок подрастает до 8,6 метра. База состояла из блоков: командного пункта, научной лаборатории, хранилища, мастерской, медпункта со спортзалом, камбуза со столовой и трех жилых помещений. Опытный образец одного из таких блоков использовался в 1967 году во время экспериментов по длительному пребыванию в замкнутой среде, проводившихся в Институте медико-биологических проблем.
В 1971 году академика Бармина, молодых конструкторов "ДЛБ" Александра Егорова и Владимира Елисеева вызвал тогдашний министр обороны Дмитрий Устинов, курировавший космические программы. Проект лунной базы к тому времени был практически готов. Доклад Устинову продолжался семь с половиной часов. В результате конструкторы получили задание подсчитать стоимость проекта. Оказалось, что на строительство и обживание лунной базы потребуется около 50 миллиардов рублей (80 миллиардов долларов). Экономика страны, перегруженная укреплением обороны, такую ношу поднять уже не могла. Проект лунной базы "Звезда" отложили в долгий ящик.
Сегодня интерес к Луне возвращается. И вновь заговорили о необходимости строительства лунной базы. Дело в том, что исследования лунного грунта показали: естественный спутник Земли - это поистине неисчерпаемый резервуар энергетики будущего.
Как известно, большие надежды на решение энергетических проблем возлагаются на управляемые термоядерные реакции. В основе этих процессов лежит реакция синтеза ядер, обладающая эффективным выделением энергии при малых эксплуатационных затратах и практическим отсутствием радиоактивных отходов. Одна из таких реакций заключается в слиянии ядер дейтерия и изотопа гелий-3. На Земле данный изотоп встречается крайне редко. Специалисты оценивают его доступные запасы чрезвычайно малой величиной - около 500 килограммов. На Луне же в течение четырех миллиардов лет лунный грунт, как губка, впитывал гелий-3, приносимый солнечным ветром. Результаты анализа образцов лунного фунта показывают, что в первых пяти метрах раздробленного слоя реголита накопилось порядка миллиона тонн гелия-3. Такого количества ядерного топлива хватило бы на обеспечение электроэнергией не только лунной базы, но и всего человечества на протяжении 5 тысяч лет!
Бомбардировка Луны метеоритами в течение сотен миллионов лет привела к тому, что ее поверхностный слой на глубине до 10 метров находится в раздробленном состоянии. Это облегчает добычу и транспортировку лунного грунта к месту переработки. Отпадает необходимость в применении специальной техники для горнорудных разработок.
Самые общие подсчеты показывают, что в лунном карьере размером 100 на 100 метров и глубиной 10 метров (объем рыхлого вещества в естественном залегании) содержится значительное количество различных материалов. Уже сейчас можно сказать, что такой карьер обеспечит получение около 40 тысяч тонн кремния, пригодного, например, для изготовления ячеек солнечных батарей. Этого количества хватит для кремниевых фотоэлектрических преобразователей общей площадью примерно 12 км2. При современной эффективности типовых солнечных батарей такая телиоэлектростанция по мощности будет равна, например, Ново-Воронежской АЭС или в три раза превысит мощность Днепрогэса.
Этот же лунный карьер может дать 9 тысяч тонн титана для изготовления несущих конструкций высокой прочности и долговечности. Для производства электроарматуры или других элементов космических сооружений на Луне и в окружающем космосе в карьере найдется от 15 до 30 тысяч тонн алюминия и от 5 до 25 тысяч тонн железа. К этим материалам добавится еще некоторое количество магния, кальция, хрома и других химических элементов. Наконец, из того же объема лунного реголита можно экстрагировать от 80 до 90 тысяч тонн кислорода. Добываемый кислород можно использовать в системе жизнеобеспечения самой лунной базы, в различных технологических процессах и в качестве одного из компонентов ракетного топлива.
Американская фирма "Карботек" по контракту с НАСА разработала проект крупной установки на лунной поверхности для производства кислорода в количествах, позволяющих использовать его в качестве ракетного топлива в двигателях водородно-кислородного типа. В качестве исходного материала предполагается использовать породы, обогащенные ильменитом. В установке происходит процесс экстракции при температурах от 700 до 1200 град. и давлении 10 атмосфер. Проект рассчитан на 400 тонн полезной нагрузки для транспортировки на лунную поверхность, из которых 45 тонн приходится на энергетическую установку мощностью 5 МВт для поддержания процесса экстракции. Такой кислородный завод на лунной поверхности должен давать 1000 тонн кислорода в год.
Если треть добываемого кислорода использовать в качестве компонента ракетного топлива, то потребуется еще около 40 тонн водорода в год. Ученые из Вашингтонского университета рассчитали возможность получения такого количества водорода из поверхностной тонкой фракции лунного грунта и предложили проект соответствующего комплекса.
При типичном содержании водорода в верхнем рыхлом слое грунта (в результате насыщения частицами солнечного ветра), равном 50 микрограммам на грамм природного реголита, необходимо перерабатывать 6700 тонн тонкой фракции в день, если основываться на солнечной энергетике, и ограничить продолжительность активной работы установки 120 сутками в год.
Каким образом можно перерабатывать несколько тысяч тонн грунта в день? Предлагается передвигать весь комплекс со скоростью 6 км/ч при глубине обработки грунта до 1 метра. Принцип работы установки заключается в нагревании массы исходного материала (от солнечного коллектора) до 700 град. при давлении до 10 атмосфер. При этом из лунного вещества выделятся и другие газы. Наиболее эффективная технология - сжигание полученной из реголита смеси газов в лунном кислороде с последующим отделением воды. Предполагается, что наиболее целесообразно хранить и транспортировать полученный продукт в жидком виде с последующим применением электролиза для разделения кислорода и водорода непосредственно перед использованием.
В университете Висконсина разработан проект другого завода-автомата передвижного типа для получения упомянутого выше изотопа гелия-3. В передней части добывающего агрегата размещается вращающее колесо с ковшами типа роторного экскаватора, которое черпает рыхлый грунт и загружает его в бункер, где происходит обработка. В основном модуле этого завода около 800 тонн грунта с помощью микроволновой техники всего за полчаса нагреваются до 650°. Из выделяющейся газовой смеси отбирается гелий-3. По предварительным оценкам продуктивность этого комплекса может достигать 20 килограммов уникального газа в год. Отжатый грунт возвращается назад на поверхность, а завод продолжает свое движение к новому участку.
Таким образом, строительство базы или перерабатывающего завода на Луне становится экономически выгодным. Неудивительно поэтому, что темой освоения естественного спутника Земли заинтересовались и частные компании, рассчитывающие извлечь из реголита быструю и ощутимую прибыль. Одна из таких компаний, американская Applied Space Resources, намерена уже через пять лет отправить в космос свой первый лунный корабль. На организацию этой экспедиции потребуется не менее 1,5 миллиарда долларов, но руководство компании считает возможным изыскать требуемые средства.
Что ж, поживем - увидим...
Антон ПЕРВУШИН