Проблемы освоения Луны
Развитие космической техники неизбежно приведет человечество к тому, что через несколько десятилетий понятие "ближний космос" будет включать и Луну. Вначале пилотируемые космические корабли и орбитальные станции перейдут на более высокие геостационарные орбиты и в окололунное пространство. А следующим шагом будет начало освоения Луны - создание на ее поверхности постоянно действующей обитаемой базы.
Геостационарная орбита - круговая экваториальная орбита, удаленная от поверхности Земли примерно на 35 800 км. Период обращения по такой орбите равен звездным суткам (23 часа 56 минут 4 секунды среднего солнечного времени). При этом условии угловая скорость ИСЗ относительно центра Земли равна угловой скорости вращения Земли - ИСЗ постоянно будет находиться над определенной точкой земного экватора.
Однако позволительно спросить: зачем людям нужна Луна? Какая от нее может быть польза?
В последние годы в хозяйственной деятельности человечества наметилась новая цель - изучение и использование внеземных природных ресурсов. Мы столкнулись с проблемой нехватки источников энергии, полезных ископаемых, запасов чистой пресной воды. Надо искать замену тому, что исчезает на нашей планете. И люди невольно обращают свой взгляд на Луну - ближайший объект в космическом пространстве. Близость Луны к Земле и ее доступность для новой космической техники позволяют вовлечь Луну в круг земных проблем.
Когда мы говорим о целесообразности использования ресурсов Луны, то это не только поиски и разработка ее полезных ископаемых. В соседнем мире мы не найдем богатых рудных месторождений, пластов каменного угля и, видимо, запасов нефти. Зато наш естественный спутник обладает многими другими важными потенциальными ресурсами, и по мере развития космонавтики люди непременно будут их использовать.
Высокий уровень индустриализации современного общества с каждым годом приближает нас к глобальной экологической катастрофе. Но как может помочь нам Луна, если на ней нет ни атмосферы, ни даже маленького озерца?
Конечно, никто не собирается возить с Луны воздух и воду. Но ведь можно вывезти с Земли на Луну нашу индустрию, особенно наши вредные радиоактивные и химические производства. Понятно, что для осуществления такой грандиозной промышленной перестройки земной цивилизации предстоит проделать трудный и сложный путь, и начало этому пути должно быть положено уже в первой половине XXI века.
Прежде чем устраивать на Луне поселения, необходимо подумать: как обеспечить ее жителей кислородом и водой? Как наладить добычу жизненно необходимых веществ на месте? Ведь не возить же все с Земли!
По имеющимся прогнозам, основные породообразующие минералы на Луне - пироксен, плагиоклаз, ильменит - содержат в среднем 40% кислорода. Вот они и должны послужить исходным материалом для получения кислорода. Технология получения кислорода из лунного грунта уже отработана в наземных лабораториях. В США разработан проект автоматизированного завода для промышленного производства кислорода на Луне. Производительность такого завода - до 1000 т кислорода в год.
Среди первоочередных задач, помимо создания на Луне запасов жидкого кислорода, стоит задача получения и накопления воды. Известно, что лунные породы обезвожены. Но не исключено, что в коре Луны содержится много воды в виде подповерхностных ледников. И вполне возможно, что открытые в последние годы так называемые лунные купола являются не чем иным, как гидролак-колитами - вершинами подлунных наледей. А пока этот вопрос будет выясняться, придется наладить производство воды на Луне химическим путем.
Потоки солнечного ветра (солнечных корпускул) и галактические космические лучи представляют собой почти чистый водород с примесью гелия. Расчет показывает, что за 1 млрд лет на каждый квадратный сантиметр лунной поверхности в виде корпускулярного излучения должно было упасть около 10 г водорода. Лунный реголит впитывает водород подобно тому, как губка впитывает воду. За всю историю существования Луны в ее поверхностном слое накопилось такое количество водорода, которое эквивалентно содержанию воды порядка 1 л в кубическом метре реголита.
Основной технологический процесс получения водорода из лунных пород - это их нагревание до высоких температур. Затем водород подается в установку, которая загружена кислородсодержащей породой, например ильменитом. Здесь он вступает в химическую реакцию с кислородом, в результате чего образуется водяной пар. Для получения воды пар охлаждают. Судя по земным экспериментам, выход воды при обработке 45 кг ильменита составляет 450 г.
Приведем еще один пример: в 20 кг лунной породы (реголита) содержится такое количество кислорода, которое вполне достаточно для дыхания одного человека в течение суток.
Из лунного грунта можно добывать и другие нужные химические вещества. Словом, запасы минерального сырья на Луне так велики, что со временем отпадет всякая необходимость в их доставке с Земли. Это позволяет надеяться, что Луна может быть успешно освоена и заселена людьми.
Проблема заселения Луны людьми - это прежде всего проблема строительства таких лунных жилищ, внутри которых были бы созданы земные условия. Они должны надежно изолировать людей от безвоздушного космического пространства, препятствовать резким колебаниям температуры, защищать от метеоритов и опасных излучений. Для этого жилые отсеки лучше всего помещать в специальные углубления, а сверху их засыпать толстым слоем лунного грунта.
Упрятанное от враждебной человеку космической среды, лунное жилище будет связано воздухопроводами с оранжереей, расположенной на поверхности Луны. Оранжерея тоже должна быть герметично изолирована от окружающего ее безвоздушного пространства. Она обильно облучается солнечными лучами, и произрастающие в ней растения очищают искусственную атмосферу от углекислоты и насыщают ее кислородом. Со временем на Луне будет налажено производство своих продуктов питания.
Надо подумать об источниках энергии для лунной базы. Главным направлением развития лунной энергетики должно быть использование солнечной энергии путем преобразования ее в электрическую. Прообраз таких установок - солнечные батареи,, которые широко применяются на различных космических аппаратах.
Из-за отсутствия на Луне атмосферы на единицу ее поверхности приходится примерно в 3 раза больше солнечной радиации (лучистой энергии), чем на единицу поверхности Земли. Следовательно, в смысле облучения солнечными лучами поверхность Луны эквивалентна поверхности всех земных материков. И если бы удалось замостить какую-то ее часть полупроводниковыми фотоэлементами и найти способы передачи энергии на Землю, то Луна могла бы стать для нас, пожалуй, самой главной электростанцией. Правда, у такой электростанции есть существенный недостаток: она вырабатывает электрическую энергию только в дневное время.
Но есть и другие источники энергии, действие которых не зависит от времени суток, например ядерные энергоустановки. Решение энергетической проблемы человечество возлагает также на управляемые термоядерные реакции. Одна из таких реакций - слияние ядер дейтерия (тяжелого водорода) и изотопа гелия (гелий-3). Эта реакция совершается при малых затратах и почти полном отсутствии радиоактивных отходов, что исключает опасность радиоактивного заражения окружающей среды.
На Земле изотоп гелия встречается очень редко. Зато на Луне, приносимый солнечным ветром, он в течение 4 млрд лет впитывался в лунный грунт. Результаты лабораторного анализа лунного грунта показывают, что в поверхностном слое реголита накопилось порядка 1 млн т запасов гелия-3. Такого количества ядерного топлива хватило бы на десятки тысяч лет не только для лунных поселений, но и для всего человечества.
Богатства Луны огромны! Надо только научиться их добывать и рационально использовать для развития лунной индустрии и энергетики. Когда Луна станет местом сосредоточения промышленности землян, наша голубая планета Земля превратится в подлинный оазис жизни.
В эпоху своего возникновения Луна находилась в несколько раз ближе к Земле, чем теперь, и гораздо быстрее вращалась вокруг своей оси. Гравитационное притяжение соседней Земли вызывало на расплавленной поверхности лунного шара сильные приливы. Под их воздействием Луна приняла несколько вытянутую форму, а когда она затвердела, форма ее так и осталась вытянутой.
Приливное трение постепенно замедляло скорость вращения Луны. Это происходило до тех пор, пока период вращения Луны вокруг оси не стал равен периоду ее обращения по орбите вокруг Земли. И теперь нам видна только одна сторона Луны.
Поскольку масса Земли в 81 раз больше массы Луны, то приливная сила, оказываемая Землей на Луну, гораздо больше, чем приливная сила, оказываемая Луной на Землю. Как известно, волны лунных приливов, надвигаясь каждый раз на восточные берега земных материков, создают силу приливного трения водных масс о твердое тело нашей планеты. В результате Земля замедляет свое вращение, а продолжительность суток постепенно возрастает. При сохранении скорости увеличения длины суток на 1,5 секунды за 100 тыс. лет уже в текущем геологическом периоде (через 10 млн лет) в земном году будет на одни сутки меньше.
Приливное взаимодействие в системе Земля-Луна приводит еще к тому, что наш спутник отходит от Земли все дальше и дальше. Вычисления показали, что это будет происходить до тех пор, пока продолжительность лунного месяца и земных суток не сравняются и не достигнут примерно 50-55 теперешних суток. Луна будет тогда находиться от Земли раза в полтора дальше, чем теперь, то есть примерно на расстоянии 600 тыс. км.
Приливная эволюция системы Земля-Луна совершается также под влиянием притяжения Солнца, но гораздо медленнее. Так, в результате приливного воздействия центрального светила период вращения нашей Земли должен увеличиваться до тех пор, пока он не станет равным годичному периоду обращения Земли. В таком положении, возможно, окажется планета Меркурий.
Постепенное удлинение земных суток вследствие солнечных приливов нарушит установившееся относительное равновесие в системе Земля-Луна. Луна станет приближаться к Земле. Расчеты показывают, что через многие миллиарды лет это сближение должно завершиться катастрофой.
Можно подумать, что Луна упадет на Землю, но до этого дело, видимо, не дойдет. Просто, когда Луна приблизится к Земле на запретное расстояние - достигнет так называемого предела Роша, ближе которого она не может сохранить устойчивую форму, наш естественный спутник будет разорван на части мощными земными приливными силами. Из множества лунных фрагментов вокруг Земли возникнет кольцо, похожее на кольцо Сатурна. Разрыв Луны произойдет примерно тогда, когда расстояние между центрами двух небесных тел (Земли и Луны) сократится до 18 тыс. км.
Восстановление эволюционного пути Луны проливает свет на ряд спорных моментов в прошлом и позволяет заглянуть в будущее Земли.
Коротцев О.Н.
