Судьбы научных проектов: освоение Луны

Судьбы научных проектов: освоение Луны

14 января 2004 года президент США Джордж Буш

представил новую американскую космическую программу.

В ней говорилось о новых кораблях, о полете на Луну, обитаемой базе на спутнике Земли, пилотируемой экспедиции на Марс и даже содержались туманные намеки на полеты за пределы солнечной системы. Однако первые же отклики (зарубежные и отечественные)

на эти инициативы были, мягко говоря, скептическими.

В течение последних двух десятилетий ушедшего века осуществлено большое количество проектных исследований, посвящённых

проблеме начала освоения Луны. Суть всех представленных изысканий можно, вкратце, свести к следующему:

- строительство околоземных энергопроизводственных комплексов на основе сырья, доставляемого с Луны

- производство топлива для двигателей космических кораблей, совершающих рейсы в околоземном и межпланетном пространстве

- строительство космических поселений

- добыча полезных ископаемых для использования на Земле

- перенос на Луну с Земли энергоёмких и экологически опасных производств

Вниманию посетителей сайта предлагаются выдержки из статьи С.Д.Гришина, Л.В.Лескова, в которых выполнен краткий анализ

проектных исследований освоения Луны на момент начала 90-х годов.

Часть I Часть II

Отсутствие на Луне атмосферы позволяет свести к минимуму дисперсию полезных нагрузок, запускаемых с ее поверхности с помощью электромагнитного ускорителя. При поддержании масс полезных нагрузок постоянными в пределах сотых долей процента и соблюдении некоторых других требований поперечное сечение базы — накопителя полезных нагрузок на селеноцентрической орбите может не превышать нескольких метров.

Учитывая результаты приведенных выше оценок, предложены проекты переброски вещества с поверхности Луны с помощью «многоковшового» гусеничного электромагнитного ускорителя. Для приема лунных материалов, например, в точке либрации можно разместить приемное устройство. Чтобы компенсировать количество движения, передаваемое приемному устройству потоком лунной породы, на его борту размещается электроядерная двигательная установка мощностью 25 МВт.

Приемное устройство предполагается снабдить сетчатой конусообразной ловушкой диаметром 100 м и длиной

150 м. Поперечные размеры ловушки достаточны, чтобы компенсировать неточность прицеливания полезных на-; грузок, запускаемых с поверхности Луны электромагнитным ускорителем. Полная масса приемного устройства, рассчитанного на прием 105 т лунной породы, составит около 6000 т. Чтобы исключить разрушение ловушки , при ее бомбардировке образцами лунной породы, ее стенки целесообразно защитить слоем реголита толщиной около 20 см. Чтобы обеспечить равномерность загрузки ловушки, ей необходимо придать постоянное вращение с ускорением 5 §0 на максимальном радиусе.

Для обеспечения нормального функционирования лунной транспортной системы целесообразно создать вблизи Луны постоянно действующие орбитальные комплексы

Земля

Рис.1 Либрационные спутники Луны: стрелки — геоцентрические скорости (схема).

Эти комплексы можно использовать в качестве центров связи и управления всеми работами на Луне и полетами транспортных кораблей. Наиболее удобно разместить эти орбитальные комплексы в коллинеарных точках либрации L₁ и L₂ *).

Из решения задачи трех тел (Земля, Луна, искусственный спутник) следует, что спутники, помещенные

в точки либрации L₁ и L₂ , будут вращаться вокруг Земля по круговым орбитам с той же угловой скоростью, как и Луна. Эти тела, очевидно, будут спутниками не только Земли, но и Луны. Их орбиты относительно Луны показаны на рис. в виде двух окружностей с общим центром в Луне. Поскольку Луна всегда обращена к Земле одной стороной, либрационные спутники неподвижны относительно лунной поверхности. Задача о либрационных спутниках впервые была рассмотрена Лагранжем.

Для удержания спутников в точках либрации можно использовать, например, электрические ракетные двигатели. Чтобы спутник в точке либрации 1/2, которая находится за Луной, был виден с Земли, целесообразно вывести его не в саму точку L₂, а на круговую орбиту вокруг этой точки (гало-орбита).

В качестве альтернативного решения транспортировки грузов с поверхности Луны в некоторых проектах рассмотрена орбитальная башня Циолковского — Арцутанова. Этот способ основан на размещении на поверхности Луны башни, вершина которой выходит на уровень синхронной орбиты, например, в точке либрации 1<2. Транспортировка полезных нагрузок с поверхности планеты с помощью такой башни состоит в том, что их перемещают вдоль башни с помощью лифта. На высоте синхронной орбиты полезной нагрузке достаточно сообщить незначительную скорость отделения.

Поскольку лунный лифт намного легче земного, его можно построить из материалов, существующих уже в настоящее время. Пригодны, например, графито-эпоксидный или боро-алюминиевый композиционные материалы; характеристики второго хуже, но зато для его производства можно использовать лунные породы. Масса закрепленного спутника (космического лифта), изготовленного из

графито-эпоксидного композиционного материала, составит около 5 x10⁵ т.

Поскольку закрепленный спутник, уравновешенных относительно одной из точек либрации, находится в устойчивом состоянии, с поверхностью Луны его достаточно связать тросом. Полная масса троса будет примерно в 30 раз меньше массы самого спутника.

Затраты электроэнергии на вывод полезной нагрузки на синхронную орбиту составят 2,7 x 10⁶ Дж/кг. По сравнению с рассмотренной выше транспортной системой на основе электромагнитного ускорителя и космической ловушки

эта схема обладает теми преимуществами, что обеспечивает транспортировку грузов с более высоким к. п. д. и позволяет упростить их прием в точке либрации. По оценкам Пирсона стоимость производства электроэнергии на Луне составит 23 долл/МДж (в ценах 1980 г.).

Рассмотрим вопросы экономической эффективности лунного энергопромышленного комплекса. Если удельная стоимость доставки грузов с Земли на Луну 3 x 10³ долл/кг, а стоимость содержания обслуживающего персонала на «е поверхности 3 x 10⁴ долл/(чел. сутки), то стоимость сооружения на Луне горного карьера производительностью 3 млн. т руды в год составит 4—5 миллиардов долларов. Цены приведены в соответствии с курсом 1980 г. С учетом обогащения лунных пород удельная стоимость концентрата достигнет 300 долл/т, т. е. будет в несколько раз больше, чем на Земле.

Согласно переработку лунного концентрата экономически более выгодно производить в открытом космосе.

Космический комбинат в состоянии производить конструкционные металлы и композиционные материалы, кремний и кислород. Космический комбинат, способный перерабатывать до 300 тысяч т концентрата и производить около 20 тысяч т материалов в год, будет потреблять 0,5 ГВт электроэнергии. Собственная масса комбината 1500 т. 'Стоимость этого комбината в ценах 1980 г. около 100 миллиардов долларов. Его продукция на 90% обеспечит потребности в материалах при строительстве космической электростанции. Такой

способ сооружения объектов орбитального энергопромышленного комплекса иногда называют способом «ботиночной шнуровки»: первая космическая электростанция создается за счет земных ресурсов, а затем с ее помощью сооружают все остальные, используя главным образом материалы внеземного происхождения.

В табл. 6.6 показана примерная возможная продолжительность различных этапов индустриального освоения Луны, рассмотренных в настоящем пункте. Даже с учетом того, что работа по некоторым из этих этапов будет выполняться параллельно, ясно, что весь процесс

создания лунного индустриального комплекса займет длительный промежуток времени — вероятно, не меньше 50— 70 лет. Сумма общих расходов на программу индустриализации Луны достигнет за это время сотен миллиардов долларов.

Несмотря на эти трудности, преимущества создания развернутой. околоземной энергопромышленной инфраструктуры с опорой на использование лунных материалов сохраняются. Можно поэтому думать, что процесс создания этой инфраструктуры будет проходить в два этапа. На первом этапе будут использоваться почти исключительно материалы, доставляемые с Земли, и будет создан орбитальный энергопромышленный комплекс ограниченной мощности. Следующему этапу будет предшествовать индустриальное освоение Луны, на базе которого можно будет перейти к созданию вокруг Земли развернутой энергопромышленной инфраструктуры.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

*) Эти точки не являются точками устойчивости расположенных в них спутников.