среда, 23 февраля 2011 г.

Селена ждёт!

Селена ждет!Работа, которую я писал в декабре для конкурса "Космос будущего", который проходил на Трендклабе. На удивление, работа прошла в шорт-лист и заняла седьмое место из 10. Вывод - неплохо, но есть над чем работать. Значит, будем стараться. А сама работа подкатом.

Селена ждёт!

“Лунные базы”... Сколько романтики и мечтательности в этом словосочетании! Сколько труда инженеров и проектировщиков вложено в реализацию подобных проектов!

Но ни одной базы на Луне до сих пор не построено. Казалось бы, отправить человека на спутник Земли - абсолютно реальная, выполнимая задача. Ведь 40 лет назад она была выполнена усилиями одной страны. Так почему же до сих пор никто не повторил программы по высадке на лунную поверхность?

Отбросим фантастические гипотезы, которые строят уфологи, основываясь на словах Армстронга: “Нам дали понять, что место занято”. Отметем в сторону также возможную стоимость реализации такой космической программы. Какие же причины удерживают человечество от возвращения на Луну и ее колонизации?

Сложность и трудоемкость. Запустить миссию на Луну и сложно и дорого, а построить там станцию сложнее и дороже в разы, если не на порядки. Попробуем разобраться, с чем же придется столкнуться ученым и инженерам при проектировке строительства базы на Луне. Какие устройства, приборы, механизмы придется им модернизировать или изобрести?

Для начала определимся с местом строительства. Самым перспективным представляется один из полюсов спутника, относительно более богатый содержанием водяного льда в реголите. Но к воде мы вернемся чуть позже. Определившись с местом для возведения базы, приготовим необходимые строительные материалы, а затем эти грузы отправим на ракетах к выбранной точке на поверхности Луны. База будет находиться в пещере, так первые поселенцы получат защиту от космической радиации. Выбор строительного материала основывается на ряде качеств, которым он должен отвечать. Первое - это легкость, важное условие для удешевления доставки. Второе качество - прочность, необходимое для устойчивости к внешним воздействиям и стойкости к разрушению. Третье качество - низкая теплопроводность не менее важно, поскольку экономит расход энергии на обогрев помещений. Строительные блоки будут укладываться одним из разрабатываемых ныне лунных роботов. Далее необходимо будет обеспечить герметичность станции, для этого стены помещений будут покрыты одним из герметичных материалов, а также на входах будут установлены шлюзы с возможностью откачивания воздуха в целях его экономии.

Следом за этим, необходимо озаботиться энергообеспечением станции. Параллельно со строительством модулей под поверхностью, наверху нужно развернуть целую систему солнечных батарей, эффективность и производительность которых в настоящее время гораздо выше, чем, к примеру, десять лет назад. Рядом с солнечными панелями размещаем аккумулятор, предназначенный для накопления энергии в дневное время и питания ею станцию в ночное время лунных суток. Между прочим, ночь на нашем спутнике длится в 14,5 раз дольше, чем на самой Земле. От аккумулятора по кабелям электропитание должно подаваться на станцию, где мы разместим все нуждающиеся в электричестве системы. Из-за отсутствия у Луны атмосферы мы не сможем использовать там архаичные двигатели внутреннего сгорания или турбины, поэтому всё имеющееся оборудование, все системы станции будут электрическими.

Как и было обещано, вернемся к проблеме обеспечения базы водой. Здравый смысл подсказывает, что воду с Земли на Луну ракетами доставлять никто не будет, поэтому необходимо озаботиться проблемой добычи жидкой H2O в первую очередь. Не менее важно обеспечение станции воздухом, пригодным для дыхания. Как известно, атмосфера земли приблизительно на 78% состоит из азота, и на 21% из кислорода. Боюсь, что иного выхода, кроме как привезти азот с родной планеты, у инженеров нет. Гораздо проще дело обстоит с кислородом и водой. Уже сейчас существуют роботы, способные добывать водяной пар из соединений, входящих в состав реголита. Нам потребуется довольно большой харвестер, их старший брат. Он будет способен перерабатывать лунный грунт для получения воды и оксидов в объемах, приемлемых для дальнейшей переработки. После заполнения всех баков, харвестер развезет груз по назначению. Оксиды металлов он доставит на атмосферную установку, где будет производиться очистка и выделение кислорода. Эта установка будет дополнена системой вентиляции помещений, а также очистки и регенерации воздуха. Подобная система используется в настоящее время на МКС. Что касается водяного льда, то он будет доставлен в почти аналогичную водяную установку. В ее задачи входит растапливание льда в воду, ее дальнейшая очистка, подача в обогревательную и канализационную системы станции.


Какая может быть база без системы связи с Землей? Скорее всего, на орбите Луны нам понадобится спутник-ретранслятор, через который будет проходить сигнал. А на поверхности, рядом со станцией, разместится антенна приличной мощности. Ее задачей станет прием и передача данных между базой и ЦУП, видеосвязь. Она также позволит подключиться к сети интернет. Что касается компьютерного оснащения, то на IT-систему возлагаются большие задачи. Во-первых, она должна держать под контролем и управлять всеми прочими системами станции, мониторить их показатели, быстро и самостоятельно принимать решения в экстренных случаях. Во-вторых, она должна находиться на нескольких равноценных физических машинах на случай выхода из строя одной из них, а также иметь резервный источник питания.

В такую станцию, пожалуй, остается только завезти мебель и продукты питания, и вот она готова к приему первых поселенцев. Но, конечно, они прилунятся не “абы где”. Для них необходимо расчищенное, выровненное место посадки. Из соображений безопасности оно расположится в нескольких сотнях метров от входа в базу. Дополнительно, возле стартовой площадки разместится ангар для транспорта. Изначально там будут размещены упомянутые выше харвестеры, а также роверы, играющие роль перевозчиков грузов и поселенцев.

Четверо суток полета на современной ракете разделяют Землю и Луну. Ровно столько времени 6 первых колонистов проведут в невесомости, прежде чем ступят на поверхность Селены. Изначально в состав миссии войдут: командир станции, инженер, ученый, связист, психолог и медик. Возможно совмещение профессий на первых порах, но с другой стороны, в этом случае возникает проблема нехватки рабочих рук. А работы им предстоит очень много.


Итак, команда высаживается на стартовой площадке, выходит из спускаемого модуля и направляется к ангару, размещенному неподалеку. Там они берут управление ровером и помещают на него груз, привезенный с земли: недостающее оборудование, продукты питания, личные вещи. Командир колонистов дает приказ разместиться на транспорте и они подъезжают к базе. По команде с Земли открываются шлюзы, из которых предварительно откачан воздух. Поселенцы разгружают ровер и входят в шлюз. За ними закрывается дверь и помещение заполняется воздухом. Когда давление приходит в норму, они с облегчением снимают скафандры и становятся первыми людьми, вдохнувшими лунные запахи. Открыв внутреннюю дверь шлюзового модуля, команда видит двухэтажное помещение. На верхнем этаже размещены служебные отсеки с системами жизнеобеспечения, склады, а также рабочие и лабораторные помещения. Жилой нижний этаж отделен от верхнего толстой герметичной дверью для сохранения человеческих жизней в экстренном случае. На нижнем этаже колонистов ждет разочарование, поскольку кроме спальных комнат, санузла и кухни-столовой на базе еще ничего нет. Стены, полы, потолки помещений выглядят уныло и серо. Окружающая мебель сконструирована преимущественно из пластика и сплавов легких металлов. Плотный комплексный обед из консервантов ожидает поселенцев в холодильнике. Им предстоит питаться таким способом до постройки лунных ферм. Затем несколько часов сна, и настанет время приниматься за работу.


Сначала выполняется проверка работоспособности всех систем станции, затем команда займется ее обустройством. Научно-исследовательское, инженерное и компьютерное оборудование будут размещены по своим местам. В случае обнаружения неработоспособных элементов связист свяжется с ЦУП и закажет новые, заранее зарезервировав для них место в грузовой ракете. Однако, не работой единой будут жить колонисты. Им предстоит обустроить для самих себя спортивный зал и зону отдыха. На Луне человеческое тело весит всего 10-15 кг, поэтому неизбежна атрофия мышц, пусть и в меньшей степени, чем в невесомости. Кто из нас может похвалиться тем, что выполняет жим штанги от груди с грузом 250-300 кг? А вот на Луне это станет возможным, вследствие силы тяжести ниже земной в 6 раз. Другие тренажеры, к примеру, беговая дорожка или велотренажер, тоже понадобятся. А вот теннисный стол вряд ли будет пользоваться популярностью, ведь скорость падения шарика замедлится также в шесть раз.

В комнате для отдыха поселенцы разместят книжный шкаф и видеотеку. Также колонистам понадобятся персональные средства видеосвязи с доступом в интернет. Для этого лучше всего подходят недорогие, но производительные ноутбуки, какие, к примеру, производятся фирмами ASUS, ACER и Samsung. Они же могут выступать и универсальными терминалами для беспроводного доступа к управлению любой из систем лунной станции.
И, наконец, последний модуль станции, со строительством которого лунная база сможет перейти на продовольственное самообеспечение, это ферма. Не нужно быть ученым или летать на спутник Земли, чтобы утверждать, что в обычном лунном грунте не вырастет ни полезная культура, ни сорняк. Для выращивания растений необходимы минеральные вещества, воздух, вода и солнечный свет. Воздухом и водой наша станция уже обеспечена, удобрения доставят на Луну на одной из грузовых ракет, а вот отсутствие солнечного света может стать проблемой. Мы не станем размещать ферму на поверхности из-за присутствующего там радиационного фона. Но без доступа солнечного света растения не будут производить зеленый пигмент хлорофилл, а значит и выделять кислород в процессе фотосинтеза. Представьте себе белые, почти прозрачные, словно ростки пророщенного картофеля, кусты томатов или грядки огурцов. Однако, решение может быть простым и изящным. Поскольку солнечный свет, в современном представлении, проявляет одновременно свойства волн и частиц, то он способен отражаться от зеркал, которые мы разместим в специальных шахтах, прорытых от поверхности к ферме. То же самое нельзя сказать о радиоактивных частицах, которые, проходя зеркала насквозь, застрянут в толщах скальной породы. Отмирающие части растений, в свою очередь, послужат органическим удобрением для вновь высаженных культур.

Таким образом, строительство первой лунной базы будет завершено. Конечно, со временем можно построить заводы по добыче Гелия-3, переработке реголита, обработке металлов. Через несколько десятков лет выстроить космопорт и верфь, конструировать и запускать космические корабли к другим планетам. Наше поколение вряд ли это увидит. Но мы будем гордиться тем, что были первыми колонистами на Селене.