зачем лететь на луну
Зачем нам нужно на Луну? И как она поможет «захватить» другие планеты
Зачем нам на Луну? И как она может помочь человечеству освоить Марс и другие дальние планеты? Об этом и многом другом в годовщину высадки первого человека на лунную поверхность – в колонке обозревателя Николая Гринько.
21 июля 1969 года американский астронавт Нил Армстронг, командир экипажа миссии «Аполлон-11» впервые в истории ступил на поверхность Луны, произнеся историческую фразу «Это один маленький шаг для человека, но гигантский скачок для всего человечества». За следующие три года США высадили на наш естественный спутник еще 12 человек, отправив к Луне 6 пилотируемых миссий – и это не считая множества беспилотных аппаратов, запущенных и Америкой, и Советским Союзом.
Вскоре «лунная гонка» сошла на нет главным образом из-за колоссальных средств, затраченных на полеты. Однако в последнее время мы вновь все чаще слышим о новых исследованиях Луны, новых экспедициях и даже планах постройки лунных баз – Россия, США, Индия, Япония, Китай активно работают в этом направлении.
Исследования Луны, как ни странно, очень напоминают историю освоения Антарктиды. В начале прошлого столетия к южному полюсу Земли отправлялось множество экспедиций, между ведущими мировыми державами существовала жесткая конкуренция, которую можно назвать «антарктической гонкой».
Технические достижения того времени – радио, авиация, навигационное оборудование и так далее – позволили людям «застолбить» свое присутствие на полюсе, но находиться там долгое время было невозможно. Почти на полвека интерес к Антарктиде угас, а затем люди, накопив новые знания и технологии, вернулись в Антарктику и начали строить базы для постоянной работы.
С Луной все обстоит точно так же. Люди смогли на пределе своих возможностей «допрыгнуть» до нее, но для того, чтобы остаться там, нужно гораздо больше ресурсов –и технологических, и научных.
Люди, больше других заинтересованные в лунных миссиях, – это планетологи, геологи и другие ученые, занимающиеся историей в глобальных масштабах. Дело в том, что Земля – довольно активное место с точки зрения геологических процессов, и они достаточно активно стирают «записи», относящиеся к истории планеты и Солнечной системы.
Но на Луне нет атмосферы, тектоническая деятельность гораздо слабее, и вообще за последние 4,5 миллиарда лет она мало изменилась. Это значит, что, исследуя ее, геологи смогут намного дальше заглянуть в прошлое. Мы, например, до сих пор не можем определить, как именно образовалась Луна: из вещества Земли после столкновения с крупным космическим объектом, из общего с Землей исходного вещества, или же она пришла откуда-то извне и была захвачена притяжением Земли – у всех гипотез есть и сторонники, и ярые противники. Возможно, новые экспедиции помогут прояснить этот вопрос.
Сегодня люди достаточно уверенно эксплуатируют Международную космическую станцию, расположенную на высоте около 400 километров над Землей. Луна находится в тысячу раз дальше, и это следующий наш шаг в космос.
Научившись жить и работать на ее поверхности, мы сможем двигаться дальше: следующая цель – Марс, расстояние до которого в миллион раз больше, чем до МКС. Освоив технологии постройки лунных баз, человечество сможет перенести их дальше, отправившись в путешествие по Солнечной системе. И кстати, стартовать с Луны намного проще, ведь ее гравитация в 6 раз слабее земной.
Конечно, все это произойдет не быстро. До высадки первых людей на поверхность Марса могут пройти десятки лет, а может быть, и больше.
Тяжелый выбор НАСА: полет на Марс или возвращение на Луну
Освоение Солнечной системы, по мнению многих специалистов, необходимо всему человечеству. Илон Маск, например, считает, что без основания форпоста на другой планете нашей цивилизации просто не выжить. Колония людей на Марсе, по его мнению, будет служить резервной копией человечества, которая будет продолжать жить и работать даже в том случае, если на Земле произойдет катаклизм, который уничтожит все население или большую его часть.
Но полет на Марс — дело непростое даже для небольшой команды космонавтов. А если речь идет о целой колонии, то задача и вовсе становится почти неподъемной. Ключевое слово здесь — «почти», поскольку ряд специалистов уверены, что колония на Марсе — это все же не фантастика, а реальность, доступная уже с нынешним уровнем развития технологий. Тем не менее, некоторые ученые, инженеры и специалисты из других сфер считают, что людям лучше будет на Луне, а не на Марсе.
В НАСА по этому поводу долгое время идут споры, а сотрудники агентства делятся на два лагеря: тех, что считает, что людям нужно лететь на Марс и тех, кто считает, что вторым домом может стать Луна, попасть куда гораздо проще. А уж после освоения Луны можно думать и о Марсе. В этом посте приведены аргументы «за» и «против» освоения как Луны, так и Марса. Выбор сотрудников НАСА, по всей видимости, предопределит и будущее человечества.
Почему Марс?
Представители аэрокосмической сферы редко во всем согласны друг с другом. Но в том, что Марс — испытание для технологий и воли человечества, согласны почти все. Красную планету считают новой вершиной для людей, которую нужно преодолеть, прежде, чем двигаться дальше. Причем Марс, несмотря на отличные от Земли условия, все же более подходящее место для жизни, чем, например, открытый космос. Здесь есть атмосфера, хотя и гораздо менее плотная, чем на Земле. Здесь есть много воды в виде льда (а может быть, где-то сохраняются подземные резервуары с жидкой водой).
Всего у НАСА сейчас три основные причины лететь именно на Марс (не просто лететь, а осуществить управляемую человеком миссию с посадкой на поверхность). Первая — это показать возможности такой страны, как США. Каждая страна хочет отличиться в аэрокосмической сфере, и Америка — не исключение.
Вторая причина — это колонизация. Об этом уже говорилось выше и на Geektimes о колонизации публиковался большой материал. Главным сторонником колонизации Марса можно считать Илона Маска. В НАСА немного другие настроения — любую экспедицию на Марс агентство планирует с тем расчетом, чтобы вернуть космонавтов домой.
Третья причина — это наука. Поиск жизни, исследование условий на других планетах — очень важные задачи. За последние несколько лет люди узнали о Солнечной системе и ее объектах очень много. Человек полетел к Плутону, добрался до пояса астероидов, высадился (хотя и не лично) на комету Чурюмова-Герасименко.
«Марс, 3,8 млрд лет назад был неплохим местом. Там была жидкая вода, на вершинах гор лежал снег, по Марсу текли реки. Марс был благоприятным местом. Тогда же началось развитие жизни на Земле. Причем все ингредиенты были и на Марсе. Если жизнь появилась здесь, могло ли произойти то же самое на красной планет? Если да, могли ли микробы жить там сейчас?», — говорит Джон Грансфелд (John Grunsfeld), американский физик и астронавт. Он принимал участие в пяти космических полётах, занимал пост руководителя научных программ НАСА.
По мнению ряда научных специалистов, результаты изучения окрестностей кратера Гейл поднимают ряд вопросов, которые нуждаются в уточнении. Например, прошлым летом ровер Curiosity обнаружил в одном из районов повышенную концентрацию метана. Этот газ может быть либо следствием происходящих в глубине геофизических явлений, либо же появиться в качестве побочного продукта жизнедеятельности микроорганизмов.
Все тот же Грансфелд считает, что проблема полета на Марс вполне решаема текущими средствами и возможностями человека. Финансы здесь не самый важный вопрос, поскольку бюджет подобной миссии будет вполне подъемным даже для отдельно взятой развитой экономически страны.
Как уже упоминалось выше, у проекта основания колонии или даже просто управляемого полета на Марс есть противники. У них тоже есть доводы, и вполне рациональные.
Почему не стоит лететь на Марс?
Ряд ученых и политиков считают, что пока что человеку на Марсе делать нечего. Полет туда потребует огромного количества ресурсов, а вот какой-либо отдачи в ресурсном же отношении человек не получит еще многие десятки лет. Гораздо рациональнее, по мнению противников Марса, решать сейчас важные задачи на Земле и развивать коммерческую космонавтику.
Этого же мнения придерживаются и члены Конгресса (именно Конгресс выделяет деньги НАСА). Конгрессменам результаты космических программ нужны здесь и сейчас. Кстати, Обама является сторонником именно такой точки зрения. Еще более «приземленным» (не в прямом смысле) противником полета на Марс является новоизбранный президент Трамп. По его словам, важнее решать текущие проблемы, а не тянуться за журавлем в небе.
Даже те политики, которые якобы являются приверженцами переселения людей на Марс в большинстве случаев зарабатывают себе политический капитал. Колонизация Марса — дело многих десятков лет, и текущих политиков, в случае неудачи идеи с колониями, уже нельзя будет упрекнуть в чем-то — большинство либо уйдут к тому времени из политики, либо уйдут из жизни.
Основные возражения противников полета на Марс — сложность поддержания колонии. Своих ресурсов там практически не будет. Если воду «марсиане» еще смогут добывать (и то, это еще под вопросом), то металлы, пластик и множество других ресурсов будут завозить с Земли. Перебои с доставкой могут очень негативно повлиять на работу колонии, под угрозу могут быть поставлены человеческие жизни.
Почему Луна?
В отличие от Марса, Луна гораздо ближе к Земле. Значит, туда проще и дешевле попасть. Правда, последний человек был на Луне 44 года назад, с тех пор пилотируемых миссий не было. Причем вот парадокс — после того, как человек побывал на Луне, многие обыватели и политики считают, что эта вершина уже взята, и повторяться не стоит. Что касается политиков, то многие из них понимают, что на возвращении на естественный спутник Земли большой политический капитал не заработаешь.
Тем не менее, здесь важно мнение не только политиков. Дело в том, что на Луне, предположительно, есть большое количество ценных для человека ресурсов. Например, гелий-3, которым активно интересуются те же китайцы. И доставка ресурсов с Луны гораздо более реалистичный вариант, чем доставка ресурсов с Марса (сейчас это практически нереализуемо).
Продолжительность полета на Луну составляет около трех дней, причем «окон» для вылета к естественному спутнику Земли гораздо больше, чем к Марсу. Планировать экспедиции на Луну по этой причине проще, а летать можно не в пример чаще, чем на красную планету.
С практически 100%-ной вероятностью можно утверждать, что на Луне нет жизни. Зато там есть вода, которая будет доступна колонистам. Водяной лед скрывается в кратерах и прочих местах, куда не проникают солнечные лучи, в результате чего лед сублимирует. Так что и с водой у космонавтов проблем не будет.
У Луны и научное значение большое. Изучение ее может пролить свет на происхождение как самой Луны, так и Земли, и всей Солнечной системы. Здесь же можно основать форпост человечества, откуда уже станет возможным отправлять космические аппараты на другие планеты. Ряд ученых уверен, что сначала нужно освоить Луну, а потом уже Марс, причем на красную планету можно будет летать прямо с уже освоенной Луны. Энергия здесь дармовая — солнечные лучи освещают огромную площадь без перерывов. Если основать колонию на Луне, то человек сможет ее изучить очень быстро при помощи автоматических систем разного типа. Водяного льда здесь много, поэтому можно будет получать топливо для ракет (кислород и водород).
Пауль Спудис, сторонник возвращения человека на Луну
Существует и десятилетняя программа колонизации Луны, которая называется Lunar Oasis. Согласно этой программе, оборудование и людей можно доставить на спутник Земли за 30 полетов. Одна пилотируемая ракета, в среднем, может доставить около 14 тонн груза. Если отправлять на Луну беспилотные аппараты, грузоподъемность возрастает до 20 тонн. За десять, согласно плану, на Луну можно отправить около 600 тонн груза.
Здания планируется делать либо надувными, либо строить их, используя лунный грунт. Есть и предложение оборудовать жилище для человека в какой-либо полости в лунной поверхности или даже в кратере.
Освоением Луны сейчас активнее всех занимаются китайцы, которые не против основать колонию первыми. Понятно, что США постараются не допустить такого варианта развития событий.
А может, не стоит на Луну?
Понятно, что и у проекта колонизации спутника Земли есть противники. Во-первых, далеко не все ученые уверены в том, что на Луне столько льда, сколько считают некоторые специалисты. Кроме того, здесь крайне неуютно — огромные перепады температур, нет атмосферы, вот это все.
«Если даже целые блоки льда располагаются под тонким слоем лунного реголита, как вы собираетесь этот лед добывать? Вряд ли это получится сделать при помощи лопат», — говорит один из противников этой точки зрения. Зато малейшая ошибка, перебой в поставках энергии — и космонавты могут просто замерзнуть, либо же пострадает инфраструктура колонии. Восстановить все это будет очень нелегко.
Стоимость же создания фабрики производства ракетного топлива будет очень высокой — это сделать непросто и даже при условии наличия нужных средств создание такого объекта — дело не одного года.
Плюс ко всему, здоровью лунных колонистов будет угрожать очень мелкая лунная пыль. Мелкие частицы этой пыли очень опасны, поскольку их размер составляет всего несколько десятков нанометров. Пыль такого размера может попадать сразу в кровоток. Пыль более крупных фракций будет оседать в легких. И если космонавт будет жить на Луне достаточно долго, ему может грозить силикоз (как у шахтеров) или что-то подобное.
Может, махнем куда-то еще?
Да, вполне разумный вариант. Сотрудник НАСА планетолог Аманда Хендрикс (Amanda R. Hendrix) и ее коллеги считают, что практически идеальным местом, где человек будет жить на поверхности, может стать Титан. Несмотря на то, что условия здесь не слишком подходят для человека, Титан богат углеводородами и прочими элементами, которые обеспечат колонистов всем необходимым. Плюс ко всему, на Титане — естественная защита от радиации, чего нет ни на Луне, ни на Марсе. Углеводороды здесь повсюду, вся поверхность спутника Сатурна укрыта ими, так что добывать его не нужно. И здесь тоже есть водяной лед в огромных количествах.
Конечно, и здесь не обойтись без проблем. Добираться до Титана еще дольше, чем до Марса. Весь путь займет около семи лет. Так что реализация идеи создания колонии на Титане — дело отдаленного будущего.
Как бы там ни было, большинство ученых сходятся в том, что человек рано или поздно создаст форпост цивилизации на одной из планет или планетоидов Солнечной системы. Так что вопрос, скорее всего не в том, будет ли у человека база где-то еще, кроме Земли, а в том, когда это станет реальностью.
Зачем мы снова летим на Луну? Специалист по пилотируемым космическим программам рассказывает о лунных станциях, которые помогут людям добраться до Марса
Почему с 1972 года люди не летали дальше Луны, чем отличается полет на МКС от полета на Марс и как Луна может стать тестовой площадкой для полетов в глубокий космос? Об этом на вебинаре, организованном Фондом инфраструктурных и образовательных программ (Группа РОСНАНО) и «Бумагой», рассказал научный журналист, член Федерации космонавтики России и специалист по пилотируемым космическим программам Дмитрий Олиферович.
В воскресенье, 14 июня, пройдет фестиваль Science Bar Hopping Online. Десять лекций можно послушать в петербургском и московском пабликах проекта во «ВКонтакте». На фестивале выступят космонавт-испытатель Марк Серов, ИИ-евангелист компании ABBYY Иван Ямщиков, профессор факультета антропологии Европейского университета Илья Утехин и другие ученые и эксперты.
Дмитрий Олиферович
Специалист по пилотируемым космическим программам
Почему люди не летали дальше Луны
— Главная причина — политика. «Аполлоны» летали на Луну в рамках лунной гонки. Джон Кеннеди поставил американской космонавтике задачу: до 1970 года отправить человека на Луну и безопасно вернуть на Землю. В итоге, когда это было сделано, последующие экспедиции проводились по инерции. Программа «Аполлон» была свернута в 1972 году.
Пилотируемая часть советской лунной программы не удалась, потому что у нас были проблемы с лунной ракетой Н-1. Ее испытания закончились неудачей (из-за проблем в первой ступени ракеты — прим. «Бумаги»), и в 1974 году программа была отменена. В итоге и советская, и американская космонавтика перешли на освоение околоземной орбиты.
В результате из опыта американской и советской космонавтики получилась совместная программа, сначала «Мир» — «Шаттл», а в конце 1990-х началось сооружение орбитальной станции МКС — постоянно населенного форпоста на орбите.
После полета «Аполлона» никто не развивал технологии высадки на другие небесные тела. Соответственно, когда в начале 2000-х администрация Джорджа Буша — младшего объявила программу Constellation по возвращению американских астронавтов на Луну, оказалось, что нужно фактически разрабатывать с нуля сверхтяжелую ракету, которая может вывести к Луне примерно 50 тонн груза, специальный космический корабль для экипажа и взлетно-посадочный комплекс.
В 2010 году эту программу отменили, а в 2019 году NASA объявило о новой лунной программе «Артемида». Эта программа уже качественно другая. Если по программе Constellation предполагалось только высадиться на Луну, то по программе «Артемида» на Луну прилетят, чтобы там остаться.
Зачем возвращаться на Луну
— Автоматы на Луну летают достаточно давно. И СССР, и США запускали много автоматических лунных станций. Они выходили на лунную орбиту, совершали посадку, добывали образцы грунта. Но вскоре, в 1976 году, полеты автоматических станций тоже прекратились.
В 1990 году Япония запустила свой пробный небольшой аппарат к Луне, и таким образом началась новая эра автоматического освоения Луны. Сейчас на обратной стороне Луны работает китайский луноход, на окололунной орбите находится американский зонд LRO, который делает снимки Луны в огромном разрешении и даже смог запечатлеть следы американских астронавтов. В ближайшие годы планируется запуск других автоматических станций. Например, Россия планирует запустить станцию «Луна-25».
Новая американская программы «Артемида» предусматривает не только посадку на Луне, но и создание специальной окололунной станции. По сути, это МКС на окололунной орбите. Ее предлагается создавать тем странам, которые участвуют в МКС. Россия тоже может участвовать. Но главную роль хочет играть NASA. В прошлом году NASA раздало первые контракты на создание модулей этой станции.
Если в 1960-е годы освоение космоса было связано с политикой, и важно было просто доставить туда человека, то сейчас Луна видится как постоянный научно-инженерный полигон, где будут строиться базы и совершаться постоянные экспедиции.
Луна отличается тем, что, с одной стороны, она находится в глубоком космосе, а с другой — достаточно близко от Земли. Это означает, что Луна может стать нашей тестовой площадкой для отработки пилотируемой миссии на Марс. Понятно, что с оговорками, потому что у Луны нет атмосферы, а у Марса есть, на Луне сила тяжести слабее, а на Марсе больше. Но в целом, Луна — это подходящий полигон для будущих пилотируемых миссий в глубокий космос.
Чем полет на Марс отличается от полета на Луну или МКС
— Сейчас люди летают на МКС, а МКС находится, по сути, внутри радиационных поясов Земли (300–400 километров), которые захватывают космическую солнечную радиацию, и поэтому внутри них, на низкой околоземной орбите, достаточно спокойная радиационная обстановка. Она выше, чем на Земле, но при этом, если не находиться там слишком долго — обычная экспедиция длится примерно полгода, человек не получает критическую дозу радиации.
Кроме того, с МКС на Землю людей можно эвакуировать буквально за несколько часов, а если мы полетим, например, на Марс, это уже не получится — он находится на расстоянии как минимум 60 миллионов километров и средняя дорога к нему занимает семь-восемь месяцев.
Причем если стартовать на МКС можно практически в любое время, то на Марс оптимально летать только примерно раз в два года, когда Земля и Красная планета находятся в таком положении относительно друг друга, что можно запустить корабль по оптимальной, так называемой гомановской траектории.
Также на МКС есть постоянная связь с центрами управления полетами в реальном времени. И в случае нештатной ситуации можно сразу же получить помощь. При полетах на Луну связь также доступна. А Марс находится на таком расстоянии, что задержка сигнала будет составлять минимум 8 минут и максимум 40.
Поэтому если мы хотим летать за пределы лунной орбиты, то нам придется придумывать такие протоколы полетов и методы работы экипажа, при которых люди смогут автономно сами починить свой корабль или решить какую-то проблему, не надеясь на помощь с Земли.
Каким будет возвращение на Луну в XXI веке
— До Луны лететь где-то трое суток: расстояние от Земли в среднем 380 тысяч километров. Как туда лететь, мы знаем. Но ракету, корабль и посадочный аппарат нужно создавать заново.
Сейчас NASA создает и испытывает сверхтяжелую ракету SLS. В основе этой ракеты уже используемые технологии. Ее боковые части — это боковые твердотопливные ускорители, как в системе Space Shuttle. Центральная ступень ракеты SLS уже готова к полету, который планируется в ноябре следующего года.
Первая миссия по программе «Артемида» запланирована на 2021 год, космический корабль для нее уже готов. Он полетит без людей, выйдет на окололунную орбиту, будет там находиться в течение нескольких недель, после чего вернется на Землю. Это будет такая генеральная репетиция будущего полета. В 2022 году должна будет состояться миссия «Артемида-2» — облет Луны с экипажем на борту. Тогда, скорее всего, полетят четыре астронавта.
Параллельно планируется строительство окололунной станции Gateway. Она будет находиться на высокой орбите над Луной. Когда Gateway достроят, она будет состоять из целого ряда модулей, созданных разными странами. Возможно, Роскосмос также внесет свой вклад. К этой станции сможет стыковаться космический корабль «Орион» и коммерческие грузовые корабли.
В частности, компания SpaceX недавно получила контракт от NASA для создания грузового корабля для доставки грузов на окололунную станцию Gateway. Эта станция будет частью большой инфраструктуры, которая позволит и NASA, и партнерам совершить посадку и экспедиции на поверхность Луны и даже послужит трамплином для полетов к другим небесным телам, потому что стартовать с орбиты Луны проще, чем с околоземной орбиты: сила тяжести на Луне примерно в шесть раз меньше, чем на Земле.
Но если мы хотим осваивать Луну, нам никак не обойтись только одной окололунной орбитальной станцией, нужно сесть на поверхность. Поэтому NASA объявило конкурс на создание коммерческого взлетно-посадочного корабля, который сможет либо напрямую, либо от станции Gateway садиться к Южному полюсу Луны, а потом и в другие регионы нашего спутника.
Почему Южный полюс? На Луне есть запасы водяного льда, и находятся они на Южном полюсе. На Северном полюсе тоже есть, но меньше. Лед обнаружен на дне кратеров, куда никогда не проникает солнечный свет и всегда тень, и там образуются так называемые холодные ловушки. Это места, где миллионы лет температура составляет минус 150–180 градусов. Если там поблизости построить базу, то можно будет этот лед добывать и превращать в водород и кислород.
Сейчас три компании — SpaceX, Blue Origin и Dynetics — разрабатывают три варианта пилотируемых посадочных кораблей для NASA, первая посадка запланирована на 2024 год.
Свои пилотируемые миссии к Луне планируют и другие страны, например Китай. Он впервые в истории космонавтики уже доставил луноход на обратную сторону Луны. Кроме того, буквально пару недель назад совершил тестовый орбитальный полет их лунный корабль, который, по планам, будет возить людей к Луне. Также в ближайшее время может состояться китайская миссия по доставке образцов лунного грунта.
У Роскосмоса тоже есть своя лунная программа. В следующем году планируется посадка автоматической станции «Луна-25» в район Южного полюса. Она будет исследовать залежи водяного льда. Также планируются пилотируемые миссии, для которых создается корабль нового поколения «Орел» (ранее он назывался «Федерация»), который сможет летать и на МКС, и к Луне. Но пока дело стоит за разработкой сверхтяжелой ракеты.