«Техника-молодежи» 2003 г №6, с.30-35
| Игорь БАРМИН, Александр ЕГОРОВ, ФГУП "Конструкторское бюро общего машиностроения имени В.П. Бармина" | ПРОЕКТ ЛУННОГО ПОСЕЛЕНИЯ |
По рассказам Владимира Павловича Бармина, возглавлявшего в те годы КБОМ, идею взяться за разработку проекта лунного поселения подсказал ему Сергей Павлович Королев. Он приступал к созданию самой мощной своей ракеты H1, предназначавшейся для полетов на Луну, и, наряду с предполагаемыми экспедициями космонавтов на нее, задумывался о дальнейших этапах освоения человеком естественного спутника Земли.
ЛОГИКА КОРОЛЕВА БЫЛА ПРОСТА. Его фирма создает летательные аппараты, а мы, привыкшие сооружать объекты на «тверди», будем этим заниматься и на Луне. (Читателям, вовсе не знакомым с историей отечественной космонавтики, поясним, что «фирма Бармина» создала стартовые комплексы для многих боевых и большинства космических ракет. — Ред.)
В.П. Бармину идея понравилась, и он взялся за реализацию этого грандиозного проекта.
Создание столь крупного космического объекта планировалось для решения целого ряда научных и прикладных задач.
Во-первых, предполагалось проводить исследования самой Луны, изучение ее природных ресурсов и возможности их использования в интересах человека.
Во-вторых, осуществление проекта позволило бы вести с Луны постоянный мониторинг Земли в интересах метеорологии, сельского хозяйства в целях обнаружения катастроф и т.д. При этом постоянно можно было бы наблюдать целое полушарие, что недоступно при нынешнем мониторинге со спутников.
В-третьих, с Луны, благодаря отсутствию у нее атмосферы, могли проводиться исследования дальнего космоса, недоступные для земной астрономии.
В-четвертых. Луна в будущем могла бы стать полигоном для отработки космической техники, подготовки экипажей и промежуточной базой для дальних космических экспедиций.
Проект поселения на Луне требовал решить самые разнообразные проблемы. По существу, на пустынной, безжизненной поверхности нашего естественного спутника, лишенного атмосферы, облучаемого гибельными для человека солнечным и галактическим излучениями, бомбардируемого метеорными частицами, требовалось создать оазис, моделирующий более или менее привычные человеку земные условия.
Космонавтов, прилетающих на Луну, следовало обеспечить кислородом, водой, пищей, теплом, энергией, средствами утилизации отходов, защитить от действия враждебных человеку природных факторов. Люди на Луне нуждались в крове над головой, в достаточно комфортных условиях жизни. Кроме того, они должны были иметь транспорт для передвижения по поверхности, быть обеспечены средствами связи и многим другим, что позволило бы им активно жить и трудиться на Луне.
При этом, учитывая высокую стоимость доставки грузов на Луну, их массу необходимо было свести к минимуму за счет оптимизации состава агрегатов и систем поселения, создания систем, работающих по замкнутому циклу. Например, обеспечение экипажей кислородом, водой, частично пищей должно было происходить, по большей части, за счет регенерации продуктов жизнедеятельности человека (углекислый газ, урина, твердые отходы и т.д.).
Сложность и грандиозность этого проекта поражала. Однако интересно, что достигнутые к тому времени успехи космонавтики психологически подготовили многих к вере в реальность его осуществления. Приходилось контактировать со многими специалистами и практически никто из них никогда не высказывал сомнений на этот счет.
Аналогичные настроения имели место и за рубежом. В октябре 1969 г. член Международной академии астронавтики Фрэнк Дж. Малина, выступая на XX Международном астронавтическом конгрессе, заявил: »В настоящее время нет оснований сомневаться в возможности создания постоянного обитаемого научно-исследовательского центра на Луне». Такой настрой очень помогал работать.
В качестве исходных данных было приняли следующие. ЛП должно быть построено на видимой стороне Луны и рассчитано, при полном развертывании, на экипаж космонавтов численностью 12 человек. Продолжительность активного функционирования ЛП — до 5 лет. Развертывание ЛП происходит поэтапно. Минимальная численность экипажа — 4 человека. Время пребывания каждого члена экипажа на Луне — до одного года. Проект предполагалось реализовать, как уже говорилось выше, с использованием создававшейся в те годы в СССР сверхтяжелой ракеты Н1, способной доставить на поверхность Луны до 6 т полезной нагрузки, а при двухпусковой схеме (со стыковкой на околоземной орбите) — 12 — 15 т или 4 человека экипажа. В проекте предполагалось, что в год можно будет запускать до 8 ракет Н1 (один пуск в 1,5 месяца). Таким образом, тяжелые корабли, собираемые на околоземной орбите (двухпусковая схема), могли летать к Луне не чаще, чем раз в три месяца. В качестве вспомогательного средства для доставки грузов общей массой до 1 т могла быть использована ракета «Протон».
Было решено начать разработку проекта с проведения научных изысканий, чтобы очертить круг проблем, которые необходимо будет решить при создании и эксплуатации ЛП. При этом рассматривались вопросы строительства объектов на Луне, конструкции и архитектуры лунных сооружений. Разрабатывались системы жизнеобеспечения, энергопитания, связи, сбора и хранения информации. Проектировались лунные машины и механизмы. Принципиально важно было ответить на вопрос, можно ли (и если да, то как) получать кислород и воду из лунных пород. Последним в перечне стоял наиболее важный вопрос: какие научные исследования должны проводиться персоналом лунного поселения?
СТРУКТУРА ЛП. Лунное поселение входит в состав лунного комплекса как основное центральное его звено. Помимо ЛП, лунный комплекс должен включать в себя сеть размещенных по всей поверхности Луны автоматических стационарных научных станций, искусственных спутников Луны научного и прикладного назначения, а также 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.
В состав ЛП входят:
— комплекс основного сооружения. Это место постоянного пребывания членов экипажа Л П, поэтому здесь обеспечиваются полная защита людей от действия неблагоприятных факторов лунной среды и наиболее комфортные и привычные условия жизни;
— сооружения научно-исследовательского комплекса, включающего в себя обсерваторию, геофизическую станцию с установкой для сверхглубокого бурения;
— энергоцентр;
— транспортные средства, которые могут объединяться в автопоезд;
— лунный космодром;
— установки для получения кислорода и воды из лунного грунта.
В качестве земного аналога лунного комплекса при разработке проекта был принят комплекс советской антарктической научной станции. В него, как известно, входит центральная база (тогда — поселок Мирный), через которую осуществляется материально-техническое снабжение всего комплекса, координируется работа различных его объектов. В Антарктиде 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 санно-тракторных поездах регулярно проводятся маршрутные экспедиции (например, к Южному полюсу Земли и т.д.).
 В проекте лунного поселения большое внимание уделялось его интерьерам, ведь людям предстояло жить и работать в замкнутом объеме годы. На этих снимках — макеты трансформируемого интерьера, предложенные преподавателями и студентами Московского архитектурного института. 6-гранное помещение поворачивается вокруг горизонтальной оси и фиксируется в одном из трех положений. Например, комната отдыха, кухня-столовая и спортзал (ил. на с. 30, 31, 34).  |
Главные проблемы состояли в том, чтобы обеспечить максимальную живучесть основного сооружения, минимизировать трудозатраты при его строительстве и соблюсти ограничения, связанные с транспортировкой с Земли.
Поэтому была принята модульная схема построения: 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;
— при модульной схеме сооружение легко членится на транспортные партии;
— модульная схема позволяет разбить строительство на отдельные этапы, а при необходимости — достраивать сооружение.
Защиту людей и оборудования от действия космической радиации и метеоритов целесообразно обеспечить засыпкой сооружения лунным грунтом (реголитом). Как показали расчеты, надежную защиту обеспечит уже слой толщиной 30 — 40 см.
Для удобства транспортировки модулей на Луну была разработана так называемая трансформируемая конструкция, предложенная Институтом электросварки имени Е.О. Патона. Она представляет собой цилиндр, сложенный гармошкой. Трансформация таких конструкций осуществляется за счет подачи в их внутренние полости избыточного давления (достаточно рабочего давления, поддерживаемого в помещениях основного сооружения). В транспортном положении модуль имел длину 4,5 м, а после доставки на место строительства она увеличивалась до 8,6 м.
Предполагалось, что на первом этапе создания ЛП численность его экипажа составит 4 человека, и для них будут смонтированы три модуля. На втором этапе добавятся еще три модуля, а численность экипажа будет доведена до 8 человек. Наконец, на третьем этапе пристроят еще три модуля, численность экипажа доведут до 12 человек, и это представит собой окончательную конфигурацию основного сооружения.
Сооружение имеет две шлюзовые камеры (модули 2 и 9). расположенные в противоположных его концах. Они обеспечивают одновременный выход четырех космонавтов через каждую камеру. 12 индивидуальных кают (площадью 2 м2 каждая) для членов экипажа размещаются в модулях 1, 4, 7. В каютах 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 (13,5 м2) занимают целиком весь модуль 6. Здесь же хранятся 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 располагаются медицинский пункт и помещение для занятия 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 1, 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, осуществляющая регенерацию 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 (оранжерея), который одновременно является средством психологической разгрузки членов экипажа.
ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА используются на всех этапах создания и эксплуатации ЛП. С их помощью выбирается место строительства, доставляются грузы, ведется монтаж сооружений лунного комплекса, осуществляются научные экспедиции.
Как известно, на Луне сила тяжести составляет 1/6 земной. 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 использовать во всех транспортных средствах ЛП унифицированные мотор-колеса, снабженные электроприводом и упругими металлическими шинами диаметром 1 м.
В состав транспортных средств ЛП входят: тяжелый луноход, передвижное укрытие, тележка-прицеп, кран, передвижной энергетический блок.
Тяжелый луноход служит транспортным средством и рабочей машиной при строительстве ЛП, перевозке грузов, совершении локальных поездок, а также как головной агрегат автопоезда при длительных научных экспедициях по Луне. Он имеет герметичную кабину объемом 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 луноходе используются батареи аккумуляторов, обеспечивающие автономность до двух суток при запасе хода до 100 км.
При выполнении работ в ходе строительства ЛП к луноходу прицепляются кран, тележка или навешивается ковш экскаватора.
Передвижное укрытие служит временным жильем для экипажа из 4 человек на этапе строительства ЛП и при совершении длительных маршрутных экспедиций в составе автопоезда. Оно имеет герметичную кабину объемом 56 м3, снабженную теплоизоляцией и противометеорной защитой. Внутри кабины имеются спальня, кают-компания, санузел и шлюзовая камера. В качестве источника электропитания используется батарея топливных элементов. Автономность передвижного укрытия — до 14 суток.
Автопоезд, в состав которого входят тяжелый луноход, передвижное укрытие, передвижная энергетическая установка и тележка-прицеп, предназначен для совершения дальних поездок по Луне и проведения исследований (в основном геологических и геофизических). На тележке-прицепе при таких поездках размещается буровая установка. Кроме того, в выбранных местах космонавты будут размещать автоматические научные станции, информация от которых передается на Землю по радиоканалу.
В качестве основного источника энергопитания при дальних поездках предполагается использовать радиоизотопную термоэмиссионную установку электрической мощностью 6 кВт.
СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЛП. Могло бы показаться логичным использовать для электроснабжения ЛП солнечную энергию. Однако длинная лунная ночь (14 земных суток) практически исключает возможность использовать Солнце в качестве основного источника энергии ЛП.
В проекте были приняты следующие потребители электроэнергии: основное сооружение — 14 — 20 кВт; обсерватория — 4,3 кВт; установка глубокого бурения — 8,5 — 14 кВт; кислорододобывающая установка — 0,5 кВт; научно-исследовательская аппаратура — 1,0-1,5 кВт; тяжелый луноход — 3,5 — 5,5 кВт; передвижное укрытие — 1,2-1,8 кВт и передвижная буровая установка — 2 — 5 кВт.
Проведенный анализ показал, что в качестве основного источника электроснабжения ЛП целесообразно использовать два ядерных термоэмиссионных реактора-преобразователя, объединенных в единую установку суммарной электрической мощностью 50 кВт.
В качестве основного источника энергии на начальном этапе строительства ЛП, а также в автопоезде при совершении экспедиций по Луне целесообразно использовать передвижной энергетический модуль, выполненный на базе радиоизотопных термоэмиссионных генераторов мощностью 6 кВт.
Аварийными источниками электроснабжения (ОС — 3,5 кВт, тяжелый луноход — 0,21 кВт и передвижное укрытие — 0,27 кВт) в сооружениях и агрегатах ЛП могут служить серебряно-цинковые аккумуляторные батареи.
КИСЛОРОДОДОБЫВАЮЩАЯ УСТАНОВКА предназначена для получения воды и кислорода из лунных пород с целью компенсации невосполнимых потерь этих компонентов при эксплуатации ЛП.
Расчеты показывают, что суммарные потери кислорода на ЛП составили бы около 9 кг в земные сутки.
В проекте предполагалось, что установка будет работать только в течение лунного дня, используя энергию Солнца. Исходя из этого, производительность установки должна быть 1 кг кислорода в час. Технологический процесс получения воды, реализуемый в ней, основан на восстановлении с помощью водорода окиси железа, которая в значительных количествах содержится в лунном реголите. Процесс происходит при температуре около 700°С. Далее вода путем электролиза разлагается на кислород, который направляется для нужд ЛП, и водород, который возвращается для восстановления новой порции окиси железа.
При реализации такого процесса из лунного реголита можно извлекать до 8% (весовых) кислорода.
ЭТАПЫ СОЗДАНИЯ ЛП. Началу строительства должны были предшествовать изыскания, ставящие целью выбрать место его размещения на видимой поверхности Луны. Предполагалось, что это должен быть стык равнинной и горной частей — в этом случае удобно будет проводить геологические и геофизические исследования обоих типов лунного рельефа.
В выбранное место предполагалось направить автоматический луноход, чтобы с его помощью произвести рекогносцировочные работы, включая бурение грунта на глубину до 3 м.
После этого в выбранное место должны были доставляться грузы для начала первого этапа строительства ЛП. В состав этих грузов входили три блока модулей основного сооружения, тяжелый луноход, передвижное укрытие, грузовая тележка с навесным оборудованием, передвижная энергоустановка и научно-исследовательское оборудование.
Вслед за этим на Луну отправился бы первый экипаж, состоящий из 4 космонавтов-строителей. Они должны были приготовить место для строительства основного сооружения, разгрузить транспортные корабли и переместить грузы к месту строительства. В этих работах использовались бы тяжелый луноход, навесное оборудование к нему, кран и транспортная тележка.
Первому экипажу ЛП предстояло работать на Луне, ориентировочно, около 8 месяцев. За это время он должен был смонтировать 6 модулей основного сооружения и подготовить оборудование для начала проведения научных исследований. До монтажа первых трех модулей основного сооружения космонавты-строители жили бы в передвижном укрытии.
Разработки, выполненные в 1973 г., показали, что общий вес грузов, которые предстояло доставить на Луну для строительства там ЛП, составлял около 80 т. Для этого требовались 20 запусков ракет Н1 и 14 запусков ракет «Протон».
При эксплуатации ЛП ежегодные поставки оценивались в 12 т грузов.
Очевидно, время создания ЛП еще не наступило. Но оно приближается, и строительство на Луне многоцелевого комплекса может стать следующим (за МКС) большим международным космическим проектом XXI в.
Разработки, выполненные 30 лет назад, сейчас во многом кажутся наивными, но это был первый шаг, который обозначил направление дальнейшего движения.
