Стратегическое преимущество: где России строить лунную базу
Внимание военных и ученых мира приковано к Южному полюсу Луны: там все хотят высаживаться и строить лунные базы. И только Россия смотрит на север. Почему? Об этом Pro Космос спросил заведующего лабораторией геохимии Луны и планет Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН Евгения Слюту.
Северный или Южный полюс Луны: что исследовать
— Ведущие космические державы бьются за Южный полюс Луны. Нужно ли осваивать Северный и чем полюса отличаются друг от друга?
— Северный и Южный полюса Луны очень разные. Рельеф Северного полюса со стороны видимого полушария плоский, с небольшими перепадами высот, и только на обратной стороне появляются крупные и глубокие ударные структуры. Южный полюс же располагается на валу крупнейшей и древнейшей ударной структуры на Луне диаметром около 2000 километров, называемой бассейн Южный Полюс — Эйткен. Поэтому рельеф на Южном полюсе со стороны видимого полушария гораздо более разнообразный: он представлен высокой пересеченной горной возвышенностью со значительными перепадами высот.
Сам бассейн располагается на обратной стороне. Благодаря этой ударной структуре геология и геохимия Южного полюса значительно отличаются от Северного полюса. Например, на дне ударного бассейна по данным спектральной съемки предполагаются выходы на поверхность пород верхней мантии Луны. Все познается в сравнении. Это различие и привлекает ученых, именно поэтому важно исследовать оба полюса Луны.
Еще одна важная причина заключается в необходимом размещении научной аппаратуры на разных полюсах, например, автономной геофизической научной станции для долговременного мониторинга, куда входят сейсмометр (прибор, который измеряет сейсмические колебания на поверхности Луны, в том числе лунные толчки и фоновые колебания — прим. ред.), гравиметр (прибор для оценки локальной силы тяжести на лунной поверхности — прим. ред.) и другие приборы. Размещение астрономического и астрофизического оборудования на обоих полюсах позволит наблюдать всю небесную сферу и многое другое.
Какую угрозу лунотрясения несут будущим лунным базам
Как выбрать идеальное место для лунной базы: критерии
— Планируется, что Россия отправит к спутнику Земли две «Луны-27». Одна из них совершит посадку около Южного полюса, а вторая — вблизи Северного. В будущем в районе посадки этих аппаратов могут разместить лунные станции. Почему базы стремятся строить именно вблизи полюсов?
— Согласно новой национальной космической программе, первая «Луна-27» планируется в 2029 году, а вторая — через два года. Первая с высокой степенью вероятности сядет на Южном полюсе, поскольку с этой целью и проектировалась, а вторая, возможно, — на Северном. Разные траектории полета и разные места посадок — это другая масса, другое количество топлива и разные программы, а это, по сути, уже два разных аппарата.
Из-за малого наклона оси Луны — около 1,5° — на полюсах Солнце светит по касательной, и степень освещенности, видимость Земли и температура поверхности определяются рельефом. На некоторых участках степень освещенности (продолжительность лунного дня) достигает 80-89%. Такие участки называются вершинами вечного света. А в постоянно затененных кратерах температура на дне может не превышать 27 градусов Кельвина (-248 °C), как за пределами орбиты Плутона.
Только на полюсах существует смена зимнего и летнего сезонов, кроме того, там более комфортные и почти земные средние сезонные температуры поверхности — в отличие от экваториальной области.
Благодаря рельефу и низким температурам в кратерах на полюсах присутствуют богатые концентрации водяного льда и других летучих компонентов, необходимых уже на начальной стадии освоения Луны, и потребность в них будет только возрастать.
— Какие еще области на лунной поверхности, помимо полюсов, могут подойти для размещения баз?
— Экваториальная область, в частности Океан Бурь и Море Спокойствия. Там в грунте содержатся наиболее богатые концентрации изотопа гелия-3 (ядро изотопа содержит два протона и один нейтрон, благодаря чему он может охлаждаться до чрезвычайно низких температур — прим. ред.) и рудного минерала ильменита — богатой руды для добычи титана и железа. Также в Океане Бурь в области так называемой ториевой аномалии наблюдается повышенная концентрация в грунте редких металлов и редкоземельных элементов.
Если в будущем появится задача промышленного извлечения какого-то из этих элементов, то, очевидно, что база будет размещаться в районе расположения месторождения с промышленной концентрацией, то есть в том же Океане Бурь или в других морских районах экваториальной области.
Некоторые частные зарубежные компании, например, Interlune и Magna Petra, в кооперации с NASA и с японскими компаниями разрабатывают и уже посылают посадочные аппараты и луноходы для испытания технологии по добыче изотопа гелия-3 с целью доставки его на Землю (гелий-3, который на Земле почти не встречается, рассматривают как возможное топливо для термоядерных реакторов и важный элемент при создании квантовых компьютеров — прим. ред.).
Сколько запасов гелия-3 на Луне: оценка ученых
— Как выбрать оптимальное место для лунной базы? Отличаются ли критерии для Южного и Северного полюсов?
— К выбору оптимальной площадки для размещения лунной базы предъявляется комплекс требований, включая ее расположение и размеры, удобный и безопасный рельеф, максимальную степень освещенности и периодическую видимость Земли, возможность прямой и постоянной радиосвязи с Землей, доступность богатых месторождений летучих компонентов и другое. От этого выбора будет во многом зависеть сценарий лунной программы, логистика и объемы работ на поверхности, постоянное обеспечение солнечной энергией и местными ресурсами.
Такая площадка позволит значительно сократить затраты на обслуживание лунной базы в будущем и навсегда обеспечить стратегическое преимущество по сравнению с другими менее выгодными площадками. В целом требования для выбора оптимального места одинаковые как для Южного, так и для Северного полюса.
Где разместят российские базы на Южном полюсе Луны
— Вблизи Южного полюса российские ученые отобрали четыре потенциальные площадки для лунных станций: три — на валах кратеров Де Жерлаш, Шеклтон и Слейтер, а еще одну — на плато Лейбница. Почему выбор пал именно на эти области?
— При выборе этих площадок учитывался целый комплекс требований: безопасный и удобный плоский рельеф, достаточные размеры площадки для безопасного размещения всей необходимой инфраструктуры, максимальная степень освещенности и возможность постоянного и непрерывного обеспечения солнечной энергией. Среди других критериев — комфортная температура на поверхности, периодическая видимость Земли и возможность прямой радиосвязи с Землей, наличие и доступность богатых месторождений летучих компонентов (вода и другие газы) для жизнеобеспечения и изготовления ракетного топлива на месте (кислород, водород), достаточно большая толщина реголита для строительства.
А также научные требования, например, видимость Земли для наблюдения за излучением нашей планеты и ее окрестностей и, напротив, наличие участков на площадке без видимости Земли — для размещения астрофизической аппаратуры, которой земное излучение мешает.
На Южном полюсе четыре этих площадки в той или иной степени удовлетворяют этим требованиями. На основании сравнительного анализа площадка №2 на плоском холме возле кратера Шеклтон (ударный кратер, названный в честь исследователя Антарктики Эрнеста Шеклтона; пики вдоль его края подвергаются воздействию почти непрерывного солнечного света, а внутренняя часть, напротив, постоянно находится в тени — прим. ред.) по многим параметрам является наиболее оптимальной для размещения всей необходимой инфраструктуры лунной базы на безопасном и удобном расстоянии друг от друга.
Где разместят российские базы на Северном полюсе Луны
— Какие площадки были определены на Северном полюсе? Чем они отличаются от «южных»?
— На Северном полюсе нами были отобраны три наиболее оптимальных площадки размером 10×10 километров. Размер площадки очень важен. Согласно инструкции NASA 2011 года, зона безопасности вокруг посадочной площадки на Луне определяется разлетом частиц реголита по баллистической траектории от ракетного выхлопа в пределах теоретического лунного горизонта, который равен 2,4 километра.
По опыту экспедиций «Аполлон», научно-исследовательская зона также должна находиться как можно дальше от служебной инфраструктуры, чтобы исключить ее влияние на измерения, но на расстоянии в пределах доступности одного рабочего выхода от главной жилой зоны, то есть в пределах 3-7 километров. На безопасном расстоянии должны находиться энергетическая зона и тем более сырьевая зона для добычи летучих компонентов.
Благодаря рельефу площадки Южного полюса по многим параметрам выгодно отличаются от площадок Северного полюса — выше степень освещенности и видимости Земли, более высокая концентрация летучих компонентов. Все площадки, за исключением той, что на плато Лейбница, — которая изолирована от других постоянно затененными долинами и кратерами, — находятся на одном высотном уровне и могут быть связаны между собой с помощью луноходов по безопасному маршруту.
Установка ретранслятора на горе Малаперт высотой более 5000 метров на нулевом меридиане (гора Малаперт находится в юго-западной части вала древнего и практически полностью разрушенного одноименного кратера — прим. ред.) позволит обеспечить все площадки на Южном полюсе прямой постоянной радиосвязью с Землей.
На Северном полюсе радиосвязь с Землей может быть обеспечена только с помощью лунных орбитальных спутников. Все площадки на Северном полюсе изолированы друг от друга рельефом с низкой степенью освещенности или полным ее отсутствием и низкими температурами на поверхности.
Чем ценен реголит и нужно ли его копать
— Луна вызывает интерес не только у государств, но и у коммерческих компаний, которые активно отправляют туда аппараты. 2 марта первую в истории полностью успешную посадку совершил частный зонд — Blue Ghost от Firefly Aerospace. Одной из его задач было пробурить поверхность Луны. Что скрывается в недрах и насколько сложно до них добраться?
Как зонд Blue Ghost бурил поверхность Луны: видео
— Вся поверхность Луны покрыта рыхлым слоем реголита, который образовался в результате метеоритной бомбардировки. 50% частиц реголита имеют размер меньше 70 микрометров, то есть меньше разрешения человеческого глаза. В морских районах средняя толщина слоя реголита составляет 4-5 метров, а максимальная — около 9 метров. В материковых районах средняя толщина реголита составляет около 10 метров, максимальная достигает 18 метров и более.
Все наиболее ценные и перспективные лунные ресурсы либо сконцентрированы в рыхлом слое реголита, как, например, водяной лед и другие летучие газовые компоненты. Либо такие ресурсы, как металлы (алюминий, титан, железо и др.), редкие металлы и редкоземельные элементы уже находятся в реголите в виде рудных минералов в обогащенном — то есть фактически уже готовом для их дальнейшего обогащения и выделения — состоянии.
Таким образом, глубина бурения до 15 метров является вполне достаточной для разведки и исследования почти на всей территории Луны за небольшим исключением.
Что касается более глубоко залегающих подстилающих пород, то их образцы всегда можно встретить на валах ударных кратеров, и чем крупнее кратер, тем с большей глубины эти породы были выброшены на поверхность.
Как поделить Луну: правовой вопрос
— Количество участников космической гонки, запускающих на Луну свои аппараты, будет расти, но число оптимальных площадок для размещения лунных баз ограничено. Как страны будут делить между собой эти территории? Регулируется ли этот вопрос в Законе о космосе 1967 года?
— Правовой акт 1967 года — не закон, а конвенция о всеобщем достоянии космического пространства, планет и их спутников, в том числе и Луны. Закон о космических ресурсах США 1915 года предоставляет право собственности американским гражданам и компаниям на ресурсы, добытые в космосе, но не на сами небесные объекты или участки на этих объектах, включая Луну.
Все ресурсы, которые будут добыты компанией на Луне, будут собственностью этой компании, и они могут их продавать на Луне, на Земле или в любой точке Солнечной системы.
Независимый наблюдательный совет NASA по планетарной защите, председателем которого является Алан Штерн, обсуждает разделение территории Луны на различные категории, которые предполагают различную степень планетарной защиты и ограничение доступа.
Предварительно выделяется три основных категории территорий: территория культурно-исторического значения, куда попадают места предыдущих посадок; территория для научных исследований, которые, видимо, будут также подразделяться, например, на астрофизические исследования с ограничениями по частотам и т.д.; и территория для коммерческого и промышленного использования — добычи ресурсов, строительства отелей и так далее.
А пока в рамках лунной программы «Артемида», во избежание вредных помех, присоединяющиеся к программе страны должны будут соблюдать требования планетарной защиты на посадочных площадках и лунной базе на основе двусторонних соглашений с США. Для разработки международного космического права предлагается также использовать опыт морского международного права и Антарктиды.
По «законам» Дикого Запада бороться будут не только за Луну: в списке целей Марс, астероиды и другие небесные тела. Кому они принадлежат и станет ли Илон Маск владельцем марсианской недвижимости? В тонкостях разобрался эксперт в области ракетно-космической техники Игорь Афанасьев.
Фото Foster + Partners
