Год начался с громких новостей с Луны: 3 января китайская автоматическая межпланетная станция «Чанье-4» осуществила мягкую посадку на обратной стороне спутника Земли, потом мы получили первые в истории панорамные фото этой обратной стороны, а уже вскоре узнали о первом выращенном там растении — хлопчатнике. Все это породило мощную волну обсуждений, как человечество будет осваивать Луну, когда мы сможем добывать там полезные ископаемые и построим постоянную базу. Поэтому не удивительно, что на тематической лекции кандидата физико-математических наук, научного сотрудника Главной астрономической обсерватории НАН Украины Анатолия ВАСИЛЕНКО, которая на днях прошла в киевском центре инноваций iHub, не было свободного места.
Сам Анатолий называет «лунную» тему своим хобби. Вообще, ученый изучает свойства рентгеновского излучения и спектры излучения активных ядер галактик (такими называют ядра галактик, процессы в которых нельзя объяснить свойствами звезд и газопылевых комплексов, из которых они состоят, различают много их классов, среди них, например, квазары). Анатолий Василенко прорабатывает и интерпретирует спутниковые данные, чтобы исследовать эти небесные объекты. Скоро он будет стажироваться в одном из отделений Национального института астрофизики Италии, в Болонье, где будет изучать сейфертовские галактики. А перед тем Анатолий рассказал о программах колонизации Луны, о том, какие проблемы придется решать при попытках создать там лунную базу, каким может быть поселение людей на спутнике Земли, а еще ответил на несколько вопросов «Дня».
ПОВЕРХНОСТЬ
— На поверхности Луны большая разница температур на дневной и ночной стороне: от +130 до -170 градусов по Цельсию. Атмосферы практически нет, очень разреженная газовая оболочка нашего спутника называется экзосферой, она формируется благодаря частицам солнечного ветра и разрушению метеорных тел, которые падают на поверхность Луны.
Поверхность Луны темная, отражает в среднем всего 8% падающего на нее света. Для сравнения, речной песок отражает 18% света, обычная садовая почва — 3%. Вспомните, какая Луна яркая в полнолуние. Представьте, если бы ее поверхность отражала 15% света, спать было бы тяжело (улыбается).
ФОТО НИКОЛАЯ ТИМЧЕНКО / «День»
Причиной того, что Луна отражает мало света, является лунный грунт — реголит, который являет собой очень мелкую фракцию. Фактически это каша из кварцевого песка, с примесями вулканической породы, сильно измельченная в результате ударов метеоров разных размеров. Глубина слоя реголита всего около 6 метров. Но в силу того, что он очень измельчен, у него низкая теплопроводность. Поэтому глубже одного метра колебания температуры на поверхности Луны уже не чувствуются, поддерживается относительно стабильная минусовая температура.
Реголит похож на песок или измельченную почву в горах. По цвету лунная поверхность может быть не только серой, но и коричневой, голубой, находили и породу розового цвета. Цвет породы зависит от относительного содержания окислов железа и титана. Кстати, поверхность лунных морей фактически являет собой вулканическую лаву, и в этом «морском» базальте необычно высокое количество окислов титана. Это уменьшает отражательную способность поверхности, поэтому «морские» ландшафты выглядят темными.
Видимая сторона Луны тяжелее физически, более густая — гравитация фактически притянула больше материи в направлении Земли. Поверхность второй стороны кардинально отличается, сильно кратерована, поэтому их интересно сравнить.
Поверхность Луны имеет большую ценность: там много полезных ископаемых, которых на Земле мало, начиная с титана и заканчивая изотопом гелия-3. Последний является одним из лучших видов топлива для контролируемого ядерного синтеза, на основе которого думают строить электростанции.
ЗАЧЕМ АСТРОНАВТУ СКОТЧ
— На Луне побывало шесть миссий, последняя — «Аполлон-17» — в декабре 1972 года. Есть фотографии, на которых можно увидеть, как астронавты, например, Гаррисон Шмитт с «Аполлона-17», собирают пробы месячного грунта. Между прочим, наклоняться в скафандре там было очень неудобно: если астронавт падал, то для того, чтобы подняться, ему нужно было оттолкнуться руками и, фактически подлетая, стать на ноги.
А у знаменитого луномобиля (аппарат «Ровер», который астронавты использовали для передвижения по поверхности Луны во время трех последних миссий «Аполлона. — Ред.) на колесах была не резиновая камера с воздухом, а мелкая металлическая сетка. Аппарат имеет широкие крылья колес, поскольку реголит из-за маленькой гравитации активно поднимался вверх при движении луномобиля. Во время миссии «Аполлон-17» один из астронавтов — Юджин Сернан — случайно отломал часть удлинительной пластины заднего правого колеса, и астронавтам пришлось склеивать универсальным скотчем карты района посадки и прикреплять зажимами к остатку крыла на «Ровере», так как реголит разлетался настолько сильно, что буквально полностью покрыл спину скафандра астронавта, который сидел в более близком кресле.
РАДИАЦИЯ, МЕТЕОРИТЫ И ДРУГИЕ НЕПРИЯТНОСТИ
— Первая проблема при строительстве лунной базы — солнечная радиация, заряженные частицы солнечного ветра. Луна не имеет магнитного поля, соответственно, нам нужно защищаться от радиации. Первый вариант — создать искусственное магнитное поле, но пока это далекие футуристические планы, в настолько больших масштабах это тяжело. Второй вариант — «закопаться» под поверхность или построить толстое укрытие, чтобы оно поглощало заряженные частицы.
Вторая проблема — метеориты. В сущности, отсутствует атмосфера, поэтому нет динамического сопротивления для разогревания и разрушения метеорита, как на Земле.
Трудностей добавляют перепады температуры. В скафандрах астронавтов большое место занимала система терморегуляции, где циркулировала вода, а на поверхности они были горячие.
Еще астронавты жаловались, что поскольку реголит мелкий, он забивает все возможные щели. Начиная с «Аполлона-11», астронавты спали, не снимая скафандров, а в следующих миссиях в лунных модулях имелись даже специальные пылесосы для чистки скафандров. Дело в том, что когда астронавты не очищали скафандр, реголит начинал летать по всему лунному модулю, и это приводило к значительному дискомфорту при дыхании. Астронавты начинали кашлять, появлялись проблемы с легкими.
ПОЧЕМУ НЕВЕСОМОСТЬ ВРЕДНА ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ
— Лунная база позволяет нам не чувствовать негативных последствий пребывания в полной невесомости, в которой в настоящий момент находятся космонавты на Международной космической станции. Хотя на базе будет сила притяжения в шесть раз меньше, чем на Земле, однако это сразу решает определенные проблемы со здоровьем, например, с позвоночником.
Малоизвестный факт — в результате длительного пребывания в невесомости у космонавта могут начаться проблемы со зрением. В нашем теле большой процент воды, и вся она притягивается вниз. Соответственно, в невесомости к голове человека приливает больше жидкости. Таким образом давление жидкостей на глазное яблоко увеличивается, что может привести к отеку зрительного нерва.
БАЗА В ЛАВОВЫХ ТРУБКАХ
— Одно из решений при строительстве базы, как уже упоминал, — спрятаться под поверхность Луны. С помощью трех космических аппаратов, в частности японского Kaguya и американских GRAIL и Lunar Reconnaissance Orbiter («Лунный орбитальный разведчик». — Ред.) были обнаружены своего рода каверны, лавовые трубки под поверхностью Луны. Они возникли в силу того, что когда где-то случалось извержение вулкана и лава попадала под поверхность Луны, она образовывала там коридор, а когда извержение заканчивалось, лава сходила, а тоннель оставался.
Были обнаружены «лавовые коридоры» диаметром от 5 до 900 метров, протяженность некоторых из них достигает 50 километров. Для примера одна из этих лавовых трубок значительно больше Филадельфии — исследователи сравнивали их масштабы. Филадельфия по размеру приблизительно, как Киев, и в этой трубке может поместиться четыре Киева — следовательно, может поместиться колония из нескольких миллионов человек, заводы и т.п.
Но проблема в том, что дно лавовых трубок вряд ли плоское и пригодное для освоения без изменений.
«ПИК ВЕЧНОГО СВЕТА»
— Существует понятие «пиков вечного света» — это точки, найденные на северном полюсе Луны, где Солнце никогда не заходит за горизонт. Если расположить лунную базу возле пика вечного света, то целый год она будет освещаться Солнцем. Это дает неисчерпаемый источник энергии, если построить электростанцию на солнечных батареях.
В то же время есть определенные регионы внутри кратеров — как на северном, так и на южном полюсах — где Солнце никогда не освещает поверхность, там вечная темнота и вечный холод.
ФОТО НИКОЛАЯ ТИМЧЕНКО / «День»
Ряд околополярных участков и кратеров на Луне являют собой «частичные пики вечного света», где Солнце не заходит более 90% времени на протяжении года. В то же время на дне таких кратеров могут быть залежи водяного льда — то есть в местах, куда солнечный свет не попадает. Нужно искать кратеры или впадины, куда попадает очень мало света и где неглубоко находятся залежи льда, которые можно использовать, чтобы добывать воду.
В 2009 году с помощью разгонного блока Centaur нашли доказательства существования залежей льда в таких участках. Одним из таких перспективных мест является кратер Шеклтон на южном полюсе Луны. Его особенность в том, что его дно фактически не освещает Солнце и там много льда. В то же время в непосредственной близости к его краю есть участки поверхности, которые освещаются около 50% времени лунного года. Мы могли бы расположиться на таком участке, где есть свет, покрыть определенную его часть солнечными батареями, чтобы получать электроэнергию, а внутри кратера, имеющего 19 километров в диаметре и 4,2 километра глубиной, поставить заводы или механизмы для добычи воды из льда.
Интересная деталь: одну из научных статей проиллюстрировали анимацией, которая показывает симуляцию освещения региона у кратера Шеклтон, близ которого обнаружили четыре точки, для которых провели расчет, — если установить там ровер высотой два метра, который будет перемещаться со скоростью не более 30 километров в час, то Солнце на такой высоте будет заходить только на короткий период во время лунной зимы. Для одной из этих точек было обнаружено, что на данной высоте Солнце не будет заходить за горизонт 94% всего лунного года!
НАПЕЧАТАТЬ ЛУННУЮ БАЗУ НА 3D-ПРИНТЕРЕ
— Проектов по созданию базы на Луне есть очень много. Есть проекты европейцев, американцев, россиян — и даже не один. Вот фирма Bigelow Aerospace предлагала отправить на Луну некие надувные цилиндры. Они могли бы доставляться на наш спутник компактными, сложенными, а на лунной поверхности их бы, условно, надували. Сразу может возникнуть вопрос защиты от метеоритов, но компания, рекламируя эту продукцию, утверждает, что все очень крепкое.
Еще существует европейский проект, так называемая «Лунная деревня», который больше всего проработан на практике и должен реализоваться с помощью 3D-печати. Телеканал Euronews несколько лет назад сделал о нем сюжет. Суть в том, что Европейское космическое агентство планирует построить в обозримом будущем лунную базу, над этим работают в Европейском центре подготовки космонавтов в Кельне. Как рассказывал директор ЕКА, в планах — база, открытая для всех членов агентства, а также для других стран, в основе лежит идея МКС.
Луна — это ресурсная база, опытный полигон для проверки отработанных на Земле космических технологий. Обратная сторона нашего спутника является удачным местом для размещения телескопов ультрафиолетового диапазона или радиотелескопов, особенно длинного диапазона волн, так как земная ионосфера мешает приему таких радиоволн, к тому же на Луне мы будем избавляться от «фона» многочисленных земных радиопередатчиков. Также Луну можно использовать в качестве огромной солнечной батареи. Таким образом ряд исключительно астрофизических вопросов лучше всего мы можем исследовать именно на нашем спутнике. Вывод один — нам нужно лететь на Луну, так как это развитие человека
Для разворачивания такой станции могут использовать металлы, минералы и лед, присутствующие на поверхности Луны и в ее почве. В агентстве проводили исследования, как использовать лунный грунт для строительства защитного купола — его можно сконструировать с помощью 3D-принтера. Идея заключается в том, чтобы отправить на поверхность Луны самоход, который установит там надувной купол или самонадувной тент, а затем робот начнет покрывать эту структуру материалом на основе реголита, что обеспечит защиту астронавтов внутри.
Исследователи искали места на Земле, где можно провести испытание, — где почва подобна лунной. Например, выбрали для этого один из национальных парков Германии. Также проверяли взаимодействие человека и компьютеров на станции, сможет ли система распознавать нужные для строительства защиты минералы. Прогнозировали, что до воплощения замысла пройдет не менее 20 лет, так как еще нужно разработать ряд новых технологий. Преимущество этой идеи в том, что на первом этапе не нужно много средств. Но никаких новых сообщений о существенном развитии данного проекта в последнее время не встречал.
ПОБЛЕКШЕЕ «СОЗВЕЗДИЕ»
— В Соединенных Штатах в 2004 году положили начало программе Constellation, то есть «Созвездие», которая, в частности, имела целью обеспечить полет нового космического корабля на Луну. Программа включала разработку ракет «Арес-1» и «Арес-5», четырехместного жилого модуля «Орион» и посадочного модуля «Альтаир». Схема запуска подобна той, которая использовалась для «Аполлонов»: космический корабль запускается, проводится стыковка обоих модулей, полет до Луны, высадка посадочного модуля, «Орион» остается на окололунной орбите, потом с поверхности стартует капсула с астронавтами на лунную орбиту, стыковка с «Орионом» и возвращение на Землю. Но это просто миссия, не база.
Планы были такие: «Орион» должен был сопровождать несколько модификаций грузового модуля, в результате реализации нескольких миссий на Луну должны были доставить такое количество багажа, что могла образоваться небольшая база.
Но что-то пошло не так. Constellation начал президент США Джордж Буш-младший. Потом страну возглавил Барак Обама, который в конце своей первой каденции в 2011 году сказал, что из-за финансовых проблем программа закрывается. К счастью, компании, которые разрабатывали модуль «Орион», до сих пор его делают, как и ракету «Арес-1».
Любые сроки колонизации Луны приблизительны. Во-первых, необходимо много денег. Во-вторых, политическая воля — потому что видим, как произошло с «Созвездием». Также нужно разрабатывать абсолютно новые технологии. Чтобы отправить в космос устройство, его долго испытывают в жестких условиях.
ПЕРВОЕ ВНЕЗЕМНОЕ РАСТЕНИЕ
— Что обязательно нужно обеспечить на лунной базе? Среди всего прочего — питание. Китайцы недавно отправили на невидимую с Земли сторону Луны свой посадочный модуль с небольшим ровером «Чанье-4», где на первом установили герметичный цилиндр на алюминиевом сплаве — в нем циркулировала вода и воздух, но он был недостаточно термостабилизирован. Возможно, там преднамеренно не сделали мощную систему поддержки температуры, чтобы посмотреть, как будут вести себя живые организмы — семена растений и личинки определенных насекомых — в такой среде.
Отобрали материалы, которые быстро растут, которым достаточно короткого периода лунного дня, когда в цилиндре плюсовая температура. Это, например, хлопчатник, семена картофеля и рапса, побеги резушки Таля. С наступлением лунной ночи первое растение, которое дало побег, — семечко хлопчатника — ожидаемо погибло от холода.
Новость о первом растении, выращенном на Луне, на китайских сайтах опубликовали еще 7 января. В Украине многие увидели эту новость 15 января, причем часто публиковали фотографии, где слева можно было увидеть, какой большой появился побег. Эти фото не образца, который был на Луне, — это контрольный образец на Земле, где проводился параллельный эксперимент. Я нашел лишь одну фотографию лунного эксперимента от Китайского государственного космического управления, с маленьким листочком — это то, что вырастили на Луне.
Ликбез: когда запускается любая космическая миссия, лучше следить за новостями по изданиям этой же страны.
СЮРПРИЗЫ ОТ КИТАЯ
— Китай — очень закрытая страна. Даже в контексте эксперимента с растениями — мы узнали только о результатах опытов с хлопчатником. Ни о чем другом информацию нигде не нашел, а там еще были мухи-дрозофиллы, шелкопряд, другие растения.
Известно, что «Чанье-5» должен взять и привезти два килограмма почвы с участка в океане Бурь. Что будут делать следующие миссии — точно не известно. Ровер из предыдущей миссии, «Чанье-3», немного поработал на Луне и заглох. Ровер для «Чанье-4» по факту является его копией, но с несколько переделанными механизмами для движения по поверхности Луны. Якобы сейчас все нормально. Кстати, на «Чанье-4» есть европейские инструменты, поэтому полученные благодаря им данные будут собственностью не только Китая.
То, что Китай может сделать сюрприз, — весьма возможно. Люди там очень целеустремленные, со своей полурыночной экономикой могут осуществить многое. Кроме того, там сейчас, в принципе, наблюдается большой подъем науки. Из нашей обсерватории туда много ездят для совместной работы.
Потребность в кадрах в Китае большая. В 2016 году там построили самый большой земной радиотелескоп, диаметр его рефлектора составляет 500 метров. Но буквально несколько месяцев назад видел информацию, что у них проблема с кадрами, там объявили конкурс, чтобы люди приезжали работать с этим радиотелескопом.
Китай сильно интегрируется в глобальную науку. Но сомневаюсь, что они в одиночестве смогут сделать абсолютно все для создания лунной базы. Находил презентацию американцев с посчитанным бюджетом для ее построения, там шла речь о почти триллионе долларов на полный цикл: чтобы построить ракеты и корабли, посадить туда людей, запустить грузы, построить большую станцию, наладить строительство сооружений, каких-то заводов, наладить нормальную жизнь.
ПОСЛЕ ПЕРВОГО ШАГА НУЖНЫ И ДРУГИЕ
— Если мы планируем просто сделать базу на Луне и никуда больше не двигаться дальше — это выбросить деньги на ветер. Чтобы исследовать Луну, достаточно роботов. Важно, пойдут ли люди дальше в космос, планируют ли совершать междупланетные полеты, создавать базы на других планетах.
Луна — это ресурсная база, опытный полигон для проверки отработанных на Земле космических технологий. Обратная сторона нашего спутника является удачным местом для размещения телескопов ультрафиолетового диапазона или радиотелескопов, особенно длинного диапазона волн, так как земная ионосфера мешает приему таких радиоволн, к тому же на Луне мы будем избавляться от «фона» многочисленных земных радиопередатчиков. Также Луну можно использовать в качестве огромной солнечной батареи. Таким образом ряд исключительно астрофизических вопросов лучше всего мы можем исследовать именно на нашем спутнике.
Вывод один — нам нужно лететь на Луну, так как это развитие человека.
СПРАВКА «Дня»
РЕЗЮМЕ ЛУНЫ
Конечно, вы учили это в школе, но все-таки напомним некоторые параметры нашего спутника.
• Луна — единственный естественный спутник планеты Земля. Второй по яркости объект на земном небосклоне после Солнца и пятый по величине спутник планет Солнечной системы. Масса Луны составляет 1/81 массы Земли.
• По принятой среди ученых теории, Луна образовалась от удара по касательной небесного объекта размером с Марс, который врезался в протоземлю.
• Вокруг Земли Луна вращается по эллиптической орбите, также ее ось наклонена на 6 градусов. Эти эффекты приводят к тому, что мы можем наблюдать около 59% поверхности Луны. Соответствующие наблюдаемые колебания нашего спутника называются либрацией.
• Факт, который радует многих: сила притяжения Луны в шесть раз меньше земной, соответственно, человек весом в 60 килограммов будет весить там всего 10.
• Расстояние от Земли до Луны составляет приблизительно 384 400 километров. Первые люди на Луне, члены экипажа «Аполлона-11» Нил Армстронг и Базз Олдрин, пересекли ее за три дня. Нил Армстронг сделал свой «маленький шаг для человека, но гигантский прыжок для всего человечества» 21 июля 1969 года.
• По состоянию на 2018 г. Луна остается единственным внеземным объектом природного происхождения, на котором побывал человек.
