Зачем зарывать в грунт лунную базу — «наука»
Дорога к Марсу: как набирают в марсианские колонисты
08.01.2016Какими будут отечественные космические колонии
08.01.2016Из-за чего мы так одержимы марсианами
08.01.2016Внеземной разум скрывается от нас за светом звезд?
08.01.2016
Самые лютые земные морозы не идут ни в какое сравнение с очень холодным дыханием продолжительной космической ночи на поверхности Луны. Как выстроить лунную базу, талантливую выдерживать такие холода? В вопросе решил разобраться обозреватель BBC Future.
Десятилетиями идея о колонизации Луны не давала спокойствия ученым и писателям-фантастам. Кинематограф предлагал нам различные концепции лунных поселений — от раскинувшейся на километры Базы Альфа из английского сериала «Космос: 1999» до компактного горнодобывающего комплекса, продемонстрированного в «Луне 2012».
Создание лунного поселения считается следующим логическим шагом в освоении космического пространства.
Луна — ближайшее к нам небесное тело, находящееся на расстоянии всего в 383 000 км. Соответственно, задача доставки грузов на лунную базу в полной мере решаема.
Особенную привлекательность идее колонизации Луны придает наличие в ее поверхностном слое относительно громадных запасов изотопа гелий-3 — совершенного горючего для термоядерных реакторов.
Технические нюансы создания лунного поселения рассматриваются на данный момент в рамках последовательности космических программ. Так, Китай проявляет интерес к постройке на обратной стороне Луны.
А в октябре 2015 г. было заявлено, что Космическое агентство ЕС (ЕКА) и российский «Роскосмос» планируют серию экспедиций к нашему естественному спутнику, дабы изучить возможности создания в том месте постоянной базы.
Но на этом пути существует последовательность значительных препятствий. Луна совершает полный оборот около Почвы приблизительно за 28 земных дней, другими словами любая лунная ночь продолжается 354 часа (более чем 14 земных дней).
Неосвещенная сторона Луны существенно охлаждается: на экваторе перепад температур образовывает от +116°C днем до −173°C ночью.
Дабы сократить длительность лунной ночи, возможно разместить станцию на северном либо южном полюсе.
«У для того чтобы размещения имеется много плюсов, но кроме длины светового дня направляться принимать к сведенью и другие факторы», — говорит Эдмонд Троллоп, инженер по эксплуатации космических судов в компании Telespazio VEGA Deutschland.
Как и на Земле, температура в полярных областях Луны, в большинстве случаев, ниже, чем в экваториальных.
На лунных полюсах Солнце ни при каких обстоятельствах не поднимается высоко над горизонтом, а это указывает, что панели солнечных батарей, снабжающих поселение энегрией, нужно будет располагать вертикально, в виде стенки, что технически более сложно.
Помимо этого, само полярное поселение нужно будет строить вертикально, в пара этажей, дабы собирать и сохранять как возможно больше энергии — в отличие от плоской экваториальной базы, которую возможно распределить по громадной площади.
«Неприятность перепада температур в полной мере решаема, в случае если изначально выбрать верное место для постройки», — вычисляет Фолькер Майвальд, научный сотрудник космонавтики и Германского центра авиации DLR.
Из-за большой отличия в дневных и ночных температурах будущая лунная база обязана не только владеть надежной термоизоляцией, но и выдерживать термические напряжения, каковые приводят то к расширению, то к сжатию элементов конструкции.
Теплоизоляция
Самые первые автоматические лунные станции, а также советские аппараты серии «Луна», были вычислены на нужную работу в течение всего лишь одного лунного дня (двух земных недель).
Посадочные модули, употреблявшиеся в рамках программы НАСА Surveyor, возможно было перезапустить и по окончании однократной «ночевки», но, в большинстве случаев, оборудование выяснялось так поврежденным холодом, что никакой нужной информации от аппарата взять уже не получалось.
Луноходы, каковые СССР запускал в конце 1960-х и в 1970-х гг., были снабжены радиоактивными нагревательными элементами, увеличивавшими длительность эксплуатации чуть ли не до 11 земных месяцев.
«На ночь» луноходы переходили в дремлющий режим, снова пробуждаясь, когда оказалась возможность действенно применять солнечные батареи.
Один из вероятных способов борьбы с перепадами температуры — зарыть базу в реголит. Данный рыхлый поверхностный слой лунного грунта владеет низкой теплопроводностью и прекрасно защищает от солнечной радиации.
Реголит, так, — хороший теплоизоляционный материал, и в случае если загрузить поселение достаточно глубоко, теплопотеря и температурные нагрузки на элементы конструкции станут приемлемыми — особенно учитывая то, что на Луне нет атмосферы, содействующей теплообмену.
Но, не смотря на то, что мысль создания «подлунной» базы и рассматривается в теории, на практике ее строительство очень затруднительно.
«Мне до тех пор пока еще не попадались проекты, предлагающие готовое ответ данного вопроса, — говорит Фолькер. — Предполагаю, что для этого потребуются роботы-строители с дистанционным управлением».
Зарыть либо присыпать?
Одним из вероятных способов заглубления лунной базы есть применение посадочных аппаратов, пробивающих грунт при столкновении с поверхностью Луны.
Подобные устройства проникающего типа (действительно, миниатюрные) уже рассматривались в рамках проектов нескольких лунных экспедиций, включая японскую Lunar-A и английскую MoonLite (реализация последней отложена, но мысль использвать пенетраторы была такой заманчивой, что ЕКА разглядывает ее применение для взятия проб грунта с вторых планет и их спутников).
Преимущество данной концепции пребывает в том, что лунную базу возможно зарыть в грунт конкретно при прилунении, и она уже будет в какой-то степени защищена от перепада температур , пока ей в будущем не обеспечат нужную дополнительную термозащиту.
Иначе, существующие предложения проникающего прилунения не предусматривают возможности применения солнечных батарей, мощность которых будет достаточна для функционирования лунной базы.
Нужно кроме этого решить проблему высоких перегрузок при ударе о лунную поверхность; помимо этого, для успеха экспедиции потребуется довольно высокая точность наведения спускаемого аппарата на заданную точку посадки.
«Отыскать компромисс между силой столкновения с поверхностью, потребным для заглубления базы, и обеспечением потом нужной функциональности конструкции, будет очень непросто», — отмечает Троллоп.
Существует и другое ответ — накрыть колонию сверху слоем реголита при помощи особой техники, к примеру, гидравлических экскаваторов. Но в этом случае строительные работы нужно будет завершить в очень сжатые сроки.
Вместо реголита возможно накрыть базу многослойным теплоизоляционным материалом — наподобие блестящей «фольги», обширно используемой при конструировании космических аппаратов.
Преимущество теплоизоляционного «одеяла» содержится в возможности применения солнечных батарей для консервации и сбора энергии в течение двухнедельного лунного дня.
Но в случае если их окажется не хватает для полноценного функционирования базы ночью, нужно будет рассмотреть другие способы генерации электроэнергии.
Возможно, к примеру, применять термоэлектрогенераторы, напрямую преобразующие тепловую энергию в электрическую — не смотря на то, что их КПД не весьма велик, их несложнее обслуживать ввиду отсутствия подвижных подробностей.
Вероятно использование радиоизотопных термоэлектрических генераторов, каковые отличаются высокой эффективностью и трудятся на компактном источнике горючего. Действительно, в этом случае базу было нужно бы дополнительно защищать от радиации.
Доставка на Луну генератора в наборе с радиоактивным изотопом — кроме этого сложная задача: нужно будет обеспечить безопасность запуска груза с Почвы, и учесть политические риски, которые связаны с последующим снабжением генератора горючим.
Перечисленные выше неприятности нужно будет решать и при применения термоядерных реакторов (каковые для начала нужно создать).
В качестве другого источника электричества возможно применять аккумуляторная батареи (к примеру, литиево-ионные) — при условии, что база будет получать достаточно солнечной энергии в дневное время для функционирования ночью.
Предлагается кроме этого вариант беспроводной передачи электричества (при помощи микроволн либо лазерного луча) с орбитального аппарата.
Эта концепция изучалась около 10 лет назад. Исследователи заключили , что для большой лунной базы, потребляющей много киловатт электричества, будет нужен лазер мощностью 50 кВт с антенной-выпрямителем диаметром в 400 м, а на спутнике нужно будет установить солнечные батареи неспециализированной площадью в 5000 кв. м.
Для сравнения: площадь солнечных батарей, развернутых на Интернациональной космической станции, легко превышает 3300 кв. м.
В общем, трудности, с которыми нужно будет столкнуться при постройке лунной базы, талантливой выдерживать низкие ночные температуры, являются важными, но преодолимыми.
При наличии достаточной надёжного источника и теплозащиты электричества человечество может создать обитаемую лунную базу в течение ближайших 20 лет.
А после этого придет черед и других небесных тел.
