Лунные базы


Вот уже 43 года прошло, когда последняя советская станция "Луна-24" прилунилась и успешно доставила пробы на Землю. СССР, а затем уже Россия оставила спутник Земли на длительное время.

Однако с последними известиями стало известно, что для "Роскосмоса" задачей №1 является постепенное освоение Луны с размещением и развитием базы, включая возможность постоянного пребывания космонавтов.

Освоение Луны будет разделено на 3 этапа.

1 этап: 2021 -2025

За это время 3 автоматические межпланетные станции: "Луна — 25, 26, 27" должны успешно отработать поставленные задачи. "Луна — 25" достигнет лунной орбиты с помощью ракеты-носителя тяжелого класса "Ангара-А5В". Выйдя на орбиту, произойдёт отстыковка спускаемого зонда в районе Южного полюса Луны.


Зонд определит место мягкой посадки, исследует состав реголита, а также станет маяком для определения точного прилунения будущих орбитальных аппаратов. Кстати, аппарат "Луна — 25" уже полностью построен, ожидает своего выхода.

Станция "Луна — 26", совершая витки на лунной орбите, будет исследовать спутник в течение года. "Луна — 26" прощупает датчиками строение Луны, создаст картографирование, уровень воздействия космической радиации.

Более углублённым изучением состава Луны займётся посадочный модуль "Луна — 27", который определит место наибольшего содержания водяного льда в районе Южного полюса и доставит значительное количество грунта на Землю.

В программе первого этапа предусмотрен беспилотный облёт Луны перспективного космического корабля "Федерация". До Луны сможет доставлять экипаж из четырёх человек. К тому же, в отличие от западных конкурентов (дракон, орион), будет оснащён санузлом. То есть космонавтам не придётся лететь в подгузниках на Луну.

2 этап 2025 — 2035


Начиная со второго этапа, космонавты совершат пилотируемые облёты на корабле "Федерация" вокруг Луны, а после 2030 наконец-то ступит нога российского человека на поверхность в районе Южного полюса.

Ракетой-носителем "Федерации" будет сверхтяжелого класса "Енисей" или "Дон". Естественно, цель освоения Луны, не поставить флаг и

вернуться домой, а окончательно закрепиться на спутнике Земли.

Космонавты разместят первые элементы будущей посещаемой базы. Через 14 дней возвратятся на Землю. На втором этапе развернётся система из искусственных лунных спутников для связи с Землёй в режиме 24/7.

3 этап 2036 — 2040


Самый сложный завершающий этап. Скорее всего растянется до 2045. К тому времени должна быть налажена система для переработки водяного льда в кислород и водород, которые послужат топливом для космических аппаратов, а также для создания оранжереи.

База будет защищена от космической радиации, достаточно покрыть двух или трёхметровым слоем лунного грунта. Построятся 2 астрономические обсерватории. Для перемещения космонавтов по Луне будут использоваться специальные тяжёлые луномобили.

На базе будут присутствовать управляемые антропоморфные роботы, которые разрабатываются в настоящее время.

Заключение

В любом случае, база нужна как никогда. На Луне содержится значительное количество гелия-3, который пригодится для будущих термоядерных реакторов. Гелий-3 во много раз эффективнее топлива нынешних атомных реакторов.

В условиях вакуума получится металлообработка высокого качества из-за отсутствия вредного воздействия атмосферы. Да и будущие миссии в дальний Космос легче запускать с Луны, нежели с Земли. Так что коммерческих выгод хватит с избытком.

По словам российского астронома Владимира Сурдина Китай сильно заинтересовался Луной. Главное "Роскосмосу" не проморгать момент в лунной программе.

Понравилась статья, подписывайтесь на канал, ставьте лайк, делитесь информацией в социальных сетях. Дальше будет интереснее!


Источник: zen.yandex.ru

Лунные базы
Тяжелый пилотируемый луноход и 14-модульная база на третьем этапе развития.

31 декабря российские и даже некоторые зарубежные информационные ресурсы опубликовали информацию о проекте «Луна Семь», который был предложен «Лин Индастриал» – небольшой российской фирмой, специализирующейся на ракетах-носителях сверхлегкого класса. Многие специалисты и любители космонавтики восприняли идею негативно либо просто не восприняли всерьез, однако мало кто попытался разобраться в предложенной концепции. Скорее всего, «Луна Семь» никогда не появится в действительности, и, возможно, для ее реализации в проект пришлось бы внести изменения, но она проработана достаточно хорошо, чтобы показать: создание человеческого поселения на Луне возможно без вложения громадных средств, и уж точно дешевле Чемпионата мира по футболу или Олимпийских игр.

Прежде чем говорить о стоимости, давайте для начала разберемся, как выглядит база на Луне в представлении «Лин Индастриал».

Предполагается, что транспортная инфраструктура Земля-Луна будет состоять из четырех элементов.
рвые два – это ракета-носитель на базе «Ангары-А5» с тяжелой кислородно-водородной верхней ступенью вместо УРМ-2 и разгонного блока и универсальный посадочный аппарат «Фрегат-Л». Его предлагается создать на базе разгонного блока «Фрегат» НПО им. Лавочкина, модифицировав двигательную установку и систему управления и добавив посадочные амортизаторы. Связка ракеты и «Фрегата-Л» сможет использоваться для доставки до 3,6 т груза на поверхность Луны. Оставшиеся два элемента инфраструктуры используют «Фрегат-Л». Лунный пилотируемый корабль вписан в корпусы бытового отсека и спускаемого аппарата корабля «Союз ТМА», а вместо агрегатного отсека на нем установлен универсальный двигательно-посадочный модуль «Фрегат-Л». Четвертый элемент – заправщик, который представляет собой «Фрегат-Л» с дополнительным кольцом топливных баков.

Лунные базы
Заправка пилотируемого корабля на поверхности Луны.

Как уже говорилось выше, выбранная транспортная инфраструктура позволяет доставлять на поверхность Луны грузы массой до 3,6 т. В эти ограничения вписываются небольшие модули лунной базы длиной около 5 м и диаметром 3 м, солнечная электростанция мощностью 15 кВт, малые (инженерные) и один тяжелый пилотируемый луноход с грунтометом для засыпки базы, а также пилотируемый корабль без топлива на обратную дорогу. Для того, чтобы доставить двух человек на Луну и вернуть их обратно, потребуется три пуска «Ангары-А5»: один доставит на Луну корабль, еще два – модули-заправщики.


Прежде чем отправлять на Луну технику и людей, важно определиться с местом для будущей базы. Критериев подбора района много. Все специалисты сходятся в том, что база должна располагаться на Южном полюсе Луны, где много постоянно затененных кратеров. Предполагается, что в них может сохраняться водяной лед, очень полезный ресурс для содержания базы, а значит, поселение нужно строить рядом с одним из таких кратеров. Кроме того, на лунных полюсах есть так называемые пики вечного света – возвышенности, где почти постоянно светит Солнце, а ночь составляет всего несколько недель в год. Для сравнения, на большей части Луны ночи длятся по две недели и занимают половину года. Третий критерий – площадка для базы должна быть ровной. К сожалению, на южном полюсе Луны довольно сложный рельеф. Если учесть все три критерия, то перспективных мест для устройства базы остается не так уж много. Разработчики «Луны Семь» выбрали (подробности в презентации) гору Малаперт – возвышенность на видимой стороне Луны вблизи Южного полюса.

Лунные базы
Расположение модулей базы на втором этапе (по схеме В.П. Бармина).

До первой экспедиции к Луне придется доставить спутник связи, а на ее поверхность – посадочные маяки для обеспечения приемлемой точности посадки, луноходы, электростанцию и каркас будущей крыши.
первом этапе лунная база должна состоять из пяти модулей: служебного, двух жилых, научного и складского. В последнем будут храниться запасы системы жизнеобеспечения базы. Модули предполагается оборудовать подвижными шлюзами для стыковки на неровной поверхности и мотор-колесами на аккумуляторах, позволяющих пройти до 700 м. В связи с необходимостью экономить средства, длительность пребывания на базе экспедиции из двух человек составит один год. Небольшая гравитация и минимизация облучения космической радиацией за счет наличия грунтовой крыши позволят создать для экипажа более комфортные бытовые условия, чем на МКС.

Создание радиационной защиты – один из важнейших и наиболее сложных этапов строительства базы. Существует много возможных вариантов конструкции, и для выбора из них оптимального приходится учитывать кучу факторов: объем необходимого труда космонавтов в процессе строительства защиты, количество необходимой для строительства техники, сложность этой техники, эффективность защиты, накладываемые ей ограничения на эксплуатацию базы, инженерные риски и т. д. Например, простейшая засыпка жилых модулей реголитом не только потребует собрать и перебросить огромное количество грунта – она попросту невозможна. Рассыпчатый лунный грунт заблокирует шлюзы. Следовательно, потребуется доставлять и устанавливать заграждения, а это увеличивает объемы ручного труда и стоимость защиты. Разработчики «Луны Семь» остановились на конструкции раскладной решетчатой крыши из углепластиковых прутьев. Аналогичная технология используется в некоторых раскрывающихся радарах космических аппаратов. Космонавтам придется следить закрепить две стороны крыши на земле, а засыпкой займется автоматический луноход.


Лунные базы
Отвергнутые варианты радиационной защиты лунной базы.

На втором этапе база будет дооснащаться электростанциями, жилыми, лабораторными и складскими модулями. Это позволит увеличить размер экипажа до 4 человек. Кроме того, предполагается начать эксперименты с использованием лунных ресурсов. В первую очередь важно научиться добывать лед – источник воды, кислорода и водорода. В дальнейшем это позволит не только сократить объем грузов, присылаемых с Земли, но и заправлять пилотируемые корабли местным топливом, а не доставленным заранее. Для этого, однако, их придется перевести на кислород-водородные двигатели.

В презентации проекта «Луна Семь» приводится количественная сводка необходимых ракет. Предполагается, что для создания и эксплуатации базы в течение пяти лет потребуется 34 ракеты «Ангара-А5». Расчетная стоимость проекта – около 10 млрд долларов, т. е. в среднем 2,5 млрд в год. Для сравнения, годовой бюджет Минобороны составляет около 70 млрд, современный бюджет Роскосмоса – 3 млрд.


«Лунные» предложения РАН и предприятий российской космической отрасли не успели оформиться в полноценную концепцию до того, как планы поменялись (по последней информации, Роскосмос уже не очень интересуется Луной). Несмотря на это, общие черты этих предложений ясны.

Предполагалось, что основным пилотируемым кораблем новой амбициозной программы станет разрабатываемый в РКК «Энегрия» перспективный транспортный корабль нового поколения (ПТК НП), также известный как ППТС. Его масса в околоземной модификации составляет более 14 тонн, в лунной – 20 тонн. Для его запуска на лунную орбиту предполагается построить сверхтяжелую ракету-носитель грузоподъемностью от 90 т. ПТК НП не способен совершать посадку на безатмосферные тела. Чтобы доставить к Луне посадочный аппарат, понадобится еще одна такая ракета. Можно осуществить два пуска, и в начале экспедиции состыковать ПТК НП с посадочным аппаратом на орбите Земли, либо сразу запускать их одним пуском 150-тонной ракеты. Это уже так называемый «сверхтяжелый носитель второго этапа». Кроме мощной ракеты для доставки грузов и пилотируемых комплексов на орбиту Луны потребуется сверхтяжелый разгонный блок с двумя двигательными установками: кислородно-водородной (основной) и гидразиновой (тормозной). Масса его в заправленном состоянии должна составлять около 70 тонн (именно поэтому для доставки 20-тонного ПТК НП на орбиту Луны нужен 90-тонный носитель).


Лунные базы
Характеристики ПТК НП со сверхтяжелым разгонным блоком.

Точного плана развертывания лунной базы в предложениях РАН и организаций отрасли не существовало, но предполагалось, что в конце 2020-х начнется отработка лунной техники. космонавты в ПТК НП посетят орбиту Луны и отработают там стыковку с автоматическими модулями. По предложению НПО им. Лавочкина, во время такого пилотируемого полета космонавты могли бы забрать образцы грунта, заранее отобранные луноходом и доставленные на орбиту автоматическим взлетно-посадочным аппаратом. Предполагалось и проведение дозаправки такого аппарата – фактически, базового элемента будущего лунного посадочного корабля.

По плану РАН, составленному при ведущем участии Института космических исследований, впервые российский космонавт должен поставить ногу на лунный грунт в 2030-х годах. В то же время на орбите земного спутника должна появиться небольшая посещаемая или постоянно обитаемая станция. Предполагается, что люди установят на Луне научное оборудование, совершат несколько разведочных, исследовательских или инженерных (т. е. ремонтных) миссий на поверхности, но основную работу будут вести автоматические станции. Наконец, в 2040-х годах предлагается начать возведение обитаемой базы. Она в предложениях по лунной программе Роскосмоса не описана, однако там есть ссылки на более ранние проработки РКК «Энергия».

В представлении ведущей организации отрасли лунная база строится по четырехлучевой схеме с узловым модулем в центре. Она должна состоять из 12 модулей массой до 10 тонн каждый. Это позволит содержать на Луне постоянный экипаж из 3-6 человек. Метод защиты от радиации можно назвать вкопанно-засыпным. До начала строительных работ автоматический бульдозер должен выкопать две пересекающиеся под прямым углом канавы, в которые будут заведены модули базы. Сверху их предполагается засыпать метровым слоем реголита. Для снабжения лунного поселения энергией потребуется ядерный реактор.

Лунные базы
Концепция лунной базы РКК «Энегрия».

Оценка затрат на все перечисленные проекты до 2050 года – более 200 млрд долларов (в среднем 5,7 млрд в год).

Из этого краткого обзора уже можно понять, что 20-кратная разница в оценках стоимости базы – это не банальная ошибка в расчетах «артековских фантазеров». Во-первых, речь идет о двух абсолютно разных концепциях. Роскосмос, фактически, предложил не план лунной базы, а гораздо более широкую программу, отдельной строкой в которой прописано создание базы – и то, в неопределенном будущем. Одна только присутствующая в государственной программе окололунная орбитальная станция потребует сотен миллиардов рублей на разработку и эксплуатацию, не говоря уж об автоматических исследованиях Луны и научной программе 2030-х годов.

Во-вторых, стоимость во многом определяется временем. Как известно, в технически сложных проектах затраты имеют свойство возрастать с увеличением продолжительности разработки. Другими словами, чем дольше мы проектируем что-то, тем больше на него потратим. Хорошим примером этого свойства являются ракеты семейства «Ангара» разработки ГКНПЦ им. Хруничева. По разным оценкам, за более чем 15 лет разработки на проект было потрачено от 100 до 160 млрд рублей, но основная причина таких расходов – не неэффективность КБ «Салют», а нерегулярность финансирования, которое долгое время поступало урвыками и в недостаточном объеме. Можно отметить, что заявленный срок реализации «Луны Семь» (пять лет с первого пуска до базы второго этапа) выглядит чрезмерно оптимистичным, и это может отказать негативное влияние на ее стоимость.

В-третьих, Роскосмос намеревался использовать в лунной программе только новую технику, а ее создание – дорогое удовольствие. Например, согласно независимым оценкам, разработка сверхтяжелой ракеты Space Launch System грузоподъемностью 70 и 105 тонн обойдется НАСА в более чем 25 млрд долларов (1,5 трлн рублей). Роскосмос же хочет носитель грузоподъемностью 90/150 тонн. Не удивительно, что в отправленном на доработку проекте Федеральной космической программы предполагался двукратный рост бюджета Роскосмоса к 2025 году. И это при том, что к середине следующего десятилетия не предполагалось даже окончить проектирование сверхтяжелой ракеты, не говоря уж о каких-то полетах к Луне.

В-четвертых, выбранная транспортная инфраструктура государственной программы выглядит не совсем оптимальной. Например, ПТК НП по своим характеристикам неплохой корабль, но он слишком велик для трехдневного полета к Луне. ПТК НП больше напоминает американский корабль «Орион», предназначенный для полетов к астероидам и другим планетам. Вместе с трансформируемым бытовым отсеком от той же РКК «Энергия» этот корабль мог бы отправиться в облет Венеры или Марса, но его размеры делают лунные экспедиции слишком тяжелыми, а следовательно – дорогими. Именно поэтому в схеме «Луны Семь» для полета на Луну и обратно достаточно вывести 80 тонн на низкую орбиту Земли, а в государственной программе нужно там же иметь около 150 тонн. Другой пример неоптимальности – сверхтяжелый буксир с двумя двигательными установками для доставки грузов с орбиты Земли на орбиту Луны. Тормозные двигатели нужны ему для доставки на лунную орбиту модулей станции и других грузов, не способных выдать тормозной импульс самостоятельно, но при пилотируемых полетах двигательная установка ПТК НП остается незадействованной. В результате, для простого запуска на орбиту Луны 20-тонного корабля нам необходимо вывести в космос около 90 тонн, тогда как НАСА собиралась отправить туда же 21-тонный «Орион» 70-тонной ракетой SLS (правда, сейчас в планах американского космического агентства такая миссия отсутствует).

Проект Федеральной космической программы на ближайшее десятилетие, подготовленный в год назад, осенью был отправлен на доработку. Слухи утверждают, что расходы на космонавтику придется сократить на 10-20%. Следовательно, слишком дорогая даже при высоких ценах на нефть официальная лунная программа становится абсолютно неподъемной. Буквально в ближайшие недели будет решаться, какая часть техники для «лунной инфраструктуры» останется в планах Роскосмоса, а какая будет благополучно забыта. И если за пилотируемый корабль ПТК НП можно не волноваться – слишком много сил в него вложено, – то ракета-носитель сверхтяжелого класса – как раз тот проект, который имеет смысл пересмотреть. Необходимость в носителе грузоподъемностью более 100 тонн была плохо обоснована. В условиях сокращения расходов вместо распыления сил следует сосредоточиться на одном направлении. Если даже основным долгосрочным проектом Роскосмоса станет лунная база, как видно из проекта «Луна Семь», сверхтяжелая ракета для нее вовсе не является необходимостью.

Оптимальным выходом могла бы стать модульная ракета, строящаяся по принципу «Ангары», но в масштабе американской Falcon 9/Falcon Heavy. Ее грузоподъемность в одномодульном, трехмодульном и пятимодульном вариантах составила бы 15, 30 и 70 тонн, а при модернизации замена верхней ступени на водородную позволила бы довести максимальную массу выводимого груза до 90 тонн. Применение в такой ракете метановых двигателей даст задел для многоразовости, если она станет экономически оправданной. Наконец, самая легкая ракета из этой линейки позволила бы загрузить морскую платформу Sea Launch, которая сейчас простаивает из-за отсутствия ракет «Зенит».

Лунные базы
Развернутая база проекта «Луна Семь» (крыша не показана для наглядности; каркас не соответствует запланированному).

Обсудить

  • < Назад
  • Вперёд >

Источник: kosmolenta.com

Концепция создания базы-поселения и промышленного космического комплекса на Луне

Номинация: Спецноминация

Авторы: Водолазкин Даниил (учащийся 11 класса, МОУ СШ № 50, МОУ ДОД «Клуб юных космонавтов» г. Калуги) и Аристанов Артур (учащийся 8 класса, МОУ СШ № 50, МОУ ДОД «Клуб юных космонавтов» г. Калуги).

Научный руководитель: Сеничев Александр Алексеевич — Директор МОУ ДОД «Клуб юных космонавтов».

Научный консультант: Потехин Сергей Геннадьевич, директор-главный конструктор калужского филиала НПО им. С.А. Лавочкина, доктор технических наук, академик Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского.

Введение.

«Земля – колыбель человечества,но не может же человечество вечно жить в колыбели?»
Константин Эдуардович Циолковский

Путь человечества в изучении и покорении космоса начинается, как и путь ребёнка, с малых шагов. И первым шагом на этом пути стал запуск в 1957 году первого искусственного спутника Земли. Наука развивается очень быстро, и ,начиная со 2 января 1959 года советские ученые предпринимают первые попытки разведывания пути к Луне.

Луна – естественный спутник Земли, находящийся от неё на расстоянии 385 тыс. км. Масса Луны меньше массы Земли примерно в 80 раз, а притяжение на Луне в 6 раз слабее Земного. Спутник движется по эллиптической орбите со средней скоростью 1,02 км/с, продолжительность лунных суток равна 29,5 земных. С Земли видно только 59% лунной поверхности. На луне отсутствуют атмосфера и вода, суточная температура колеблется от +130 до -170ºС.

Можно сказать, что исследование Луны началось в XVII веке, но на тот момент учёние могли изучать спутник лишь визуально. В ХХ веке на помощь астрономам приходят новые методы исследования, в том числе радиолокация. Но данных, полученных путём использования новых методов, было явно недостаточно.

В Советском Союзе с 1959 года начали проводиться первые попытки запуска на Луну первых космических аппаратов «Луна – 1В». Все заслуги нашей страны по изучению Луны путём запуска исследовательских космических аппаратов к спутнику принадлежат научно – производственному объединению им. С. А. Лавочкина.

Первым аппаратом, совершившим мягкую посадку на поверхность Луны, стал КА «Луна – 9», аппарат в течение 100 минут передавал изображение поверхности спутника.

Осуществление дальнейших экспедиций к Луне дало возможность исследовать обратную сторону спутника, определить плотность грунта Луны (КА «Луна – 13»), доставить на землю образцы грунта (КА «Луна – 16, 20, 24»), составить модель физико-механических свойств лунного грунта (КА «Луна – 17» — «Луноход – 1» и КА «Луна – 21» — «Луноход – 2»), исследовать гравитацию на спутнике (КА «Луна – 12»).

В сфере изучения Луны современная наука достигла больших успехов, но многое о строении Селены не известно. Так, например, нет точных данных о строении литосферы Луны.

Несомненно, исследование Луны должно продолжаться и на данный момент является приоритетным направлением в области изучения космоса. И создание на спутнике постоянно действующей базы даст возможность получить уникальные знания, затрагивающие многие области науки.

Создание на спутнике постоянно действующей базы – давняя мечта человека; новый огромный шаг вперед в познании космоса; многоцелевая научно-исследовательская и испытательская программа; освоение нового промышленного района; площадки для старта межпланетных экспедиций и… сложнейшая техническая задача.

Основная часть.

1. Цели и актуальность проекта

Целью работы является разработка осуществимого и оптимального с точки зрения современных технологий и позиций рациональности плана создания промышленного космического комплекса на поверхности Луны. В состав которого входят база-поселение, промышленные системы и космический порт. Наряду с отработанными на космических станциях («Мир», МКС) технологиями в проекте рассматриваются новые подходы и методологии. Например, использование орбитальной станции с искусственной силой тяжести.

Однако прежде чем перейти к непосредственно проектной части, необходимо ответить на вопрос какие задачи стоят перед комплексом, чем так привлекательна мысль о лунном поселении.

Согласно цитате К.Э.Циолковского «Космос даст нам горы хлеба, бездну могущества и новое сознание», актуальные на сегодняшний день задачи, фактически тесно связанные между собой, условно можно подразделить на следующие группы:

— практические, направленные на расширение и улучшение современной земной инфраструктуры;

— прикладные космические;

— сугубо научные и исследовательские;

К первой группе, прежде всего, относятся задачи разведки и добычи полезных ископаемых, создания технологических линий производства конструкционных, строительных, энергоемких материалов, вредных производств. Действия в рамках этих задач направлены на получение прибыли от развития новых технологий, разработку ресурсов и материалов.

В отношении практического освоения космоса создание базы – поселения и промышленного космического на Луне дает возможность производить космические аппараты на спутнике, и выводить КК в космос непосредственно с лунной орбиты, что позволит экономить огромные средства при осуществлении экспедиций.

К научным задачам относятся: определение мер необходимых для превращения Луны в обитаемый спутник; подробное изучение строения Луны, состава грунта, которое поможет понять процессы формирования солнечной системы; мониторинг околоземного космического пространства (солнечные лучи, движение астероидов, комет и фрагментов). Что даст возможность получить уникальные знания о процессах, протекавших в солнечной системе в первые 500 млн. лет её существования, благодаря отсутствию на Луне атмосферы и гидросферы, многочисленные следы той эпохи сохранились до наших дней. В целом назначение Лунной базы состоит в качественно новом повороте в развитии современной цивилизации.

2. Концепция создания базы

Принципиальными инновационными решениями в создании лунной базы является обеспечение базы электроэнергией по средствам солнечных батарей, и размещение основных отсеков базы под поверхностью спутника. Рассматривается возможность использования для осуществления грузопассажирских перевозок Земля – орбита Луны космического корабля «Буран».

База располагается непосредственно вблизи северного полюса, например в море Холода. Такое расположение объясняется несколькими причинами:

— расположением комплекса солнечных батарей, снабжающего базу электроэнергией, на полюсе;

— необходимостью расположить космодром на равнине;

— меньшими перепадами температур, чем в зоне, близкой к экватору.

2.1 Создание орбитальной станции на орбите Луны.

Первым этапом создания постоянно действующей базы на спутнике должно стать создание орбитальной станции по типу существующей МКС, либо нового типа с использованием искусственной силы тяжести. Все рейсы между Землёй и Луной осуществляются по схеме: Земля – орбита Земли – орбита Луны (станция с искусственной силой тяжести) – Луна.

Использование космического корабля с искусственной силой тяжести (ИСТ) гантельного типа.

В Клубе Юных Космонавтов города Калуги были разработаны проекты по созданию кораблей такого рода, эти проекты были представлены на чтениях и конференциях различного уровня.

Использование комплекса орбитальной станции с ИСТ и базы на Луне является оптимальным вариантом, отвечающим требованиям заботы о здоровье космонавтов (пункт 2.3.3) и экономики.

Также создание КК с ИСТ на орбите Луны позволит получить полезный опыт, который будет использован при создании КК с ИСТ моноблочного типа для более дальних полётов.

2.2 Создание первичного комплекса на поверхности Луны

При создании подлунного комплекса необходимо присутствие космонавтов непосредственно на Луне.

2.2.1 Развёртывание первого комплекса солнечных батарей на северном полюсе Луны

Далее проводится ряд экспедиций на Луну, целью которых является возведение комплекса солнечных батарей на северном полюсе Луны, который обеспечит непрерывное снабжение базы электроэнергией. Расположить комплекс на полюсе принципиально выгоднее, нежели создавать комплекс в зоне, близкой к экватору, так как для непрерывной подачи энергии на экваторе придётся создать несколько комплексов солнечных батарей и переключаться с одного комплекса на другой (в связи с наступлением ночи в районе, где расположен один из комплексов); также батареи необходимо будет соединить окружной сетью кабелей, длина которой составит, при длине экватора 11 тыс. км, около 12 тыс. км, и доставка кабеля с Земли потребует огромных материальных затрат.

Первые солнечные батареи доставляются и устанавливаются автоматическими аппаратами. Они обеспечат снабжение энергией первичных модулей.

2.2.2 Создание первичных жилых модулей

После создания первой части комплекса солнечных батарей, которая обеспечит электроэнергией первичные модули, на поверхность Луны спускаются два модуля (приложение III). Экипаж каждого состоит из двух человек, первой задачей которых является расширение комплекса солнечных батарей до уровня, который обеспечит энергией строительную технику. Космонавты управляют строительными аппаратами и обеспечивают их срочный ремонт. Техника управляется из модулей дистанционно. Управление из модулей выгоднее управления с орбитальной станции, а тем более с Земли, в отношении отсутствия временной задержки сигнала.

Конструкция и сборка первичных модулей

Модули имеют форму цилиндра длиной 15 м и диаметром 3 м.

Двойная обшивка крепится к кольцевым шпангоутам, имеющим высоту стенок 300 мм. Шпангоуты расположены через каждые 500 мм. Наружная обшивка многослойная, внутренний слой — титан, толщиной 1.5 мм, далее расположен слой керамической плитки, защищающий от перепадов температур, наружный слой – радиационно-защитный материал. Внутренняя обшивка – титан, толщиной 1.5 мм.

Модуль разделяется на герметичные отсеки. Жилой – длинной 3 м, по сторонам от него санузел и лаборатория по 2 м, ближе к концам модуля складские помещения. На торцах – шлюзы (расстояние между дверьми – 1 м).

Сборка модулей:

Все элементы конструкции производятся на Земле, а собираются на орбите Луны близ станции с ИСТ.

Внешняя обшивка собирается из листов титана 4710х1500х1.5 мм, загнутых по полуокружности. Для одного модуля требуется 20 таких листов. Девять кольцевых двутавровых шпангоутов собираются каждый из четырёх частей (дуг 45º), Высота стенок – 300 мм, ширина полки – 100 мм. Также используется двенадцать швеллерных шпангоутов, собирающихся аналогично из четырёх частей, и имеющих высоту стенок 300 мм, ширину полки 50 мм. Листы внешней обшивки закрепляются к полкам двутавровых шпангоутов по двум сторонам, таким образом, создаётся цилиндр, причём полукольца обшивки закрепляются так, чтобы по окончании сборки всего модуля швы оказались по бокам цилиндра. Далее к обшивке изнутри закрепляются швеллерные шпангоуты, по краям модуля (для закрепления торцевых дисков) и по два между двутавровыми шпангоутами на расстоянии 500 мм.

Пространство между обшивками разделяется на ячейки листами титана толщиной 1 мм, которые закрепляются перпендикулярно плоскости шпангоутов. Так, пространство между двумя шпангоутами разделяется на 8 ячеек, объем каждой составит порядка 0.15 куб. м, что позволит избежать крупных потерь кислорода при потере герметичности внешней обшивки вследствие аварии. Проводится покрытие обшивки керамической плиткой и противорадиационным материалом. Затем закрепляется внутренняя обшивка, собирающаяся из листов титана 3770х1500х1.5 мм, как и листы внешней обшивки, они загнуты по полуокружности. Далее, начиная от центра, закрепляются стенки, разделяющие помещения. Отсеки шлюзов отливаются на Земле и целиком устанавливаются в концах модуля. Устанавливается пол, под ним проводятся коммуникации. Затем устанавливаются двери. Проводится монтаж электросети. В отсеках модуля и каждой из ячеек обшивки устанавливаются датчики температуры и давления. Такая система контроля поможет быстро обнаруживать повреждения и разгерметизацию.

В жилом помещении, санузле, лаборатории и складах устанавливается атмосферное давление равное 1 атм., в ячейках обшивки 0.5 атм., в шлюзах – переменное, давление в шлюзе выравнивается с давлением в помещении, в которое переходит космонавт (в модуле 1 атм., на поверхности Луны 0 атм.). Совместно с сотрудниками НПО имени Лавочкина были проведены расчёты, которые показывают, что коэффициент запаса прочности конструкции составляет 12.4, что обеспечит высокую степень безопасности космонавтов.

Также возможна доставка уже собранных модулей к Луне с помощью ракеты – носителя «Ангара».

Размещение на Луне:

Далее два уже собранных модуля доставляются на поверхность Луны, размещаются вблизи будущей базы, к ним подводится электроснабжение. Для лучшей защиты от перепадов температур и радиации первичные модули покрываются слоем грунта толщиной 1 – 1.5 м. Под грунтом на такой глубине температура в ходе лунных суток почти не изменяется. Первичные модули обеспечат космонавтов жильём до создания подлунных жилых отсеков.

2.3 Создание подлунной базы-поселения

Размещение основных отсеков базы под поверхностью Луны обеспечит защиту от перепадов температур, солнечной радиации и падения метеоритов. Оптимальное расположение и глубина размещения подлунных отсеков базы устанавливается по результатам селено-разведовательной операции, которая проводится ранее автоматическими аппаратами.

2.3.1 Расширение комплекса солнечных батарей

Экипаж первичных модулей проводит работы по увеличению площади комплекса солнечных батарей. Данная система обеспечит снабжение электроэнергией базы при постройке (работу техники). Во время стабильной работы подлунных жилых отсеков базы энергия солнечных батарей будет обеспечивать энергией инфраструктуру базы и жилые отсеки.

2.3.2 Постройка жилых подлунных отсеков

С помощью ранее доставленных бурильных установок под поверхностью Луны создаются пустоты, внутри которых стоятся жилые отсеки. Необходимая глубина определяется по результатам селено-разведывательной операции. Бурильные работы проводятся аппаратами, управляемыми космонавтами из первичных модулей, а сборка конструкций жилых модулей проводится непосредственно космонавтами. Отсеки имеют двойные стенки из титана (листы размером около 1000х2000х1 мм), расстояние между внутренней и внешней стенкой – 1 м. В данном техническом коридоре создаётся промежуточное давление – порядка 0.7 атм. В промежутке между стенками размещаются коммуникации, аппаратура, следящая за постоянным составом воздуха и давлением. Между жилыми помещениями и проходом между стенками создается несколько герметичных дверей, в случае каких – либо повреждений коммуникаций или обшивки, космонавт сможет перейти в лёгком скафандре в технический коридор осуществить необходимый ремонт. Части внутренней обшивки полов и потолка крепятся к балкам болтами, и при необходимости ремонта силовых элементов или обшивки плитка может быть снята.

Чёткая схема отсека определяется после чёткого анализа подлунного строения на участке, где предполагается разместить жилые отсеки. Можно лишь предположить вариант отсека, рассчитанного на проживание 20 человек. Десять жилых комнат, санузел, лаборатория, техническое помещение (аппаратура, поддерживающая давление и температуру, электрощит, и т. д.). Комнаты имеют размеры 4х3х3 м.

Космонавты проводят постройку обсерватории на обратной стороне спутника. Лунная база новые возможности для астрономических наблюдений. Отсутствие атмосферы и малая сила тяжести дают возможность создать и использовать конструкции значительных размеров. Постройка оптических и радиоастрономических телескопов на обратной стороне Луны позволит экранировать их от земных помех естественного и искусственного происхождения.

2.3.3 Концепция создания системы обеспечения жизнедеятельности (СОЖ).

Под системой обеспечения жизнедеятельности (СОЖ) базы-поселения понимается широкий комплекс оборудования, технологических процессов и действий направленный на получение, очистку, переработку, удаление, анализ и контроль состава материальных компонент, необходимых для длительного автономного существования базы и поддержания жизнедеятельности экипажа. Все системы СОЖ должны во-первых дублироваться, во-вторых иметь на случай аварийной ситуации резервные ресурсы и по возможности взаимодействовать одна с другой (желательно создать экологически замкнутую СОЖ, основанную на биолого-физико-химическом круговороте веществ).

СОЖ обеспечивает материальный баланс человека, который характеризуется обменом веществами с внешней средой. Параметры элементов СОЖ задаются исходя из следующих данных:

Потребление в нормальных условиях г/сут.:

кислород 755±90, вода 2400±240, белки, жиры, углеводы, соли 547±60. Общая масса 3700±450 г/сут.

Выделение г/сут.:

углекислый газ 900±90, продукты выделения 2780±420. Общая масса 3680±510 г/сут.

В состав СОЖ базы-поселения входят следующие основные системы:

— обеспечение радиационной, метеорной защиты;

— система обеспечения газового состава;

— система водообеспечения;

— обеспечение питания;

— система утилизации и переработки отходов;

— система регулирования температуры и давления;

— санитарно- гигиеническое и микробиологическое обеспечение;

— медицинское, в том числе психосоциальное, обеспечение.

Среди элементов СОЖ, при длительном самостоятельном функционировании, сложно выделить приоритетные, самые важные. Определяющим здесь является вопрос о том, какое время база жизнеспособна при отказе той или иной системы и какое максимальное время требуется для восстановления.

Плюсом использования корабля с ИСТ является возможность в условиях земной силы тяжести восстанавливать организм космонавтов, работающих на Луне. Так как длительное пребывание в условиях лунной силы тяжести негативно отразится на здоровье космонавтов, а перевозка космонавтов на Землю потребует больших материальных затрат, нежели рейсы Луна – станция с ИСТ, то использование комплекса орбитальной станции с ИСТ и базы на Луне является оптимальным вариантом, отвечающим требованиям заботы о здоровье космонавтов и экономики.

Космонавты проводят месяц на базе на Луне, затем отправляются на станцию с ИСТ на две недели для восстановления здоровья.

Обеспечивать базу кислородом на первых этапах её существования придётся кислородом, привезённым с Земли. В дальнейшем, основная часть кислорода будет производиться из лунного грунта. На данный момент разработана схема получения.

На основании дистанционного исследования лунной поверхности с Земли и изучение спутника по программам «Apollo» и «Луна», получены данные о содержании порядка 10% ильменита в лунном грунте. Основную часть этой породы составляют оксиды FeO*TiO2, что позволит получать из грунта воду и кислород по следующей схеме:

4FeO*TiO2+СH4=4Fe+4TiO2+2H2O+CO2,

Электролиз: 2 H2O→ O2+2H2.

Дополнительное количество кислорода может быть получено из продуктов предыдущих реакций:

2H2+CO2= СH4+O2,

Полученный метан, замыкаясь на первую реакцию, работает в замкнутом цикле.

Для получения 1 кг кислорода потребуется 118 кг лунного грунта с содержанием ильменита 8-10%.

Содержание до 50% кремнезема SiO2 в лунном грунте позволяет рассматривать схему получения кислорода по следующей реакции, использующей в замкнутом цикле фтор:

SiO2+4F= SiF4+O2,

Электролиз SiF2→ Si+4F.

Для выхода 1 кг кислорода потребуется переработать 4,15 кг лунного грунта, содержащего 45% кремнезема. Кремний может быть использован для изготовления ячеек солнечных батарей.

Вообще, выбор схемы получения кислорода в качестве базового может быть обоснован универсальностью – возможностью применения выбранной схемы и на других поселениях в Солнечной системе. В первую очередь речь идет об освоении Марса, где породы в большей степени, чем лунные обогащены окислами железа.

В условиях отсутствия связей с биосферой Земли создание биологической подсистемы, такой как оранжерея, приобретает огромную значимость. Кроме снабжения базы кислородом (с 10 м2 посева салатных растений возможно получение 200-250 г. кислорода в сутки), оранжерея задействуется в системе питания, микробиологического обеспечения, водообеспечения (испарение растений), психологической релаксации.

Помещения заполняются воздухом, завозится почва с Земли, обеспечивается освещение сельхоз зоны с помощью гелиостата. Сначала высаживаются травы и кустарники, затем деревья. Изначально используются деревья средней полосы, так как они выделяют больше кислорода, нежели деревья, например тропиков. Через некоторое время могут быть высажены фруктовые деревья и овощи, это позволит снабжать космонавтов базы пищей не только с Земли. В долгосрочной перспективе сельхоз зона базы может быть развита вплоть до введения животноводчества, что позволит обеспечивать жителей базы пищей автономно.

2.4 Создание промышленного космического комплекса

Промышленный космический комплекс обеспечит возможность производства и запуска космических аппаратов в далёкие экспедиции по изучению и покорению космического пространства.

2.4.1 Обеспечение промышленного комплекса электроэнергией

Комплекс солнечных батарей, построенный ранее, должен обеспечить промышленный комплекс на первых этапах его существования. Далее комплекс сам будет производить солнечные батареи.

По мере развития базы, площадь солнечных батарей можно будет увеличить за счёт использования кремния, добытого на Луне. Так, например разработка карьера размером 100х100 м и глубиной 10 м позволит добыть до 40 тыс. т кремния, который может быть использован для изготовления ячеек солнечных батарей; этого количества хватит для кремниевых фотоэлектрических преобразователей площадью примерно 12 кв. км. При современной эффективности типовых солнечных батарей электростанция по мощности будет равна, например, Ново-Воронежской АЭС или в три раза превысит мощность ДнепроГЭС. Естественно, такая мощность обеспечит работу промышленного комплекса базы. Но альтернативным способом получения электроэнергии может стать использование атомной электростанции, работающей на гелии-3.

2.4.2 Создание промышленного комплекса

После начала стабильной работы подлунных отсеков базы, космонавты, живущие на базе, начинают постройку промышленных объектов. Создаются зоны добычи кислорода , карьеры, где добываются полезные ископаемые, и первые подземные отсеки, которые производят материалы, необходимые для расширения базы.

Конструкция помещений аналогична конструкции жилых отсеков, но силовые элементы усилены. В промышленной зоне под поверхностью луны создаются цеха по переработке металлов, добываемых на Луне (титан, железо и т.д.), фрезерный, токарный, сборочный. На этапе стабильной работы поселения промышленная зона обеспечит возможность строить технику для базы и космические корабли непосредственно на Луне.

Так же рассматривается возможность применения системы Гаусс-пушки для отправки грузовых кораблей с Луны. При длине прямого тоннеля в 30 км и постоянном ускорении 5g мы имеем возможность придавать кораблю скорость выше первой космической для Луны. При данных перегрузках возможно использование системы и для пассажирских перевозок, однако, вопрос влияния магнитного поля пушки на человека остаётся открытым.

2.4.3 Создание космодрома

Космонавты производят постройку крупного космодрома, который будет позволять отправлять космические аппараты не только к орбитальной станции с ИСТ, но и к планетам солнечной системы, а в дальнейшем за её пределами. Одним из таких кораблей может стать КК с ИСТ моноблочного типа, который будет отправлен к Марсу, и в более далёкие экспедиции. Космодром располагается на крупной равнине, например в море Холода. Причём создаётся космодром, не только отправляющий корабли, но и принимающий. Выделяется определённая территория, которая будет служить зоной для посадки космических аппаратов.

3. Особенности подготовки экипажа

Подготовка экипажа является одной из важных составляющих проекта. Естественно, что в условиях длительной экспедиции необходима специальная подготовка космонавтов, которая обеспечит базу разносторонне развитых и образованных, психологически совместимых кадров. Соответственно подготовка осуществляется в нескольких направлениях в течение длительного времени.

Можно выделить основные направления подготовки:

Профессионально-техническая подготовка

Профессионально-техническая подготовка космонавтов должна обеспечить полное выполнение экипажем полетного задания в условиях долговременного и почти автономного существования на базе. Подготовка каждого космонавта должна быть максимально разносторонней, чтобы обеспечить широкую взаимозаменяемость по штатному расписанию экипажа.

Все члены экипажа должны уметь эксплуатировать, регулировать, ремонтировать и совершенствовать строение базы, её систем и оборудования.

Профессионально-техническая подготовка экипажа проводится в техникумах и училищах различной направленности, а также на различных курсах.

Теоретическая подготовка

Теоретическая подготовка космонавтов проводится в различных ВУЗах страны и на специальных курсах путем сборов.

Целью теоретической подготовки является приобретение космонавтами глубоких и разносторонних знаний, необходимых для успешного решения поставленных задач перед экспедицией и для дальнейшего развития науки в целом.

Каждый космонавт должен вести научную работу в заданном и свободном направлении.

Физическая подготовка

Основу физической подготовки космонавтов составляет самостоятельное занятие по программе общефизической подготовки, плановые занятия по программам физического воспитания учебных заведений, занятия в спортивных клубах и секциях.

В программах физического воспитания включается обязательная подготовка на спец. снарядах: лопинге, батуте, рейнском колесе, центрифуге и на специальных тренажерах.

Психологическая подготовка

Задачей психологической подготовки является воспитание у членов экипажа высоких морально-психологических и деловых качеств, необходимых для успешного выполнения поставленных задач и обеспечения психологической совместимости в экипаже в условиях длительного проживания на базе.

Выработки необходимых морально-психологических качеств и изжитие вредных привычек осуществляется самостоятельно и по программам нравственного, этического, эстетического и правого воспитания в системе общеобразовательной школы, в системах среднего и высшего образования и на сборах кандидатов в космическую экспедицию.

Эстетическая подготовка

Каждый космонавт должен быть компетентен в области литературы, музыки и изобразительного искусства.

Заключение

В данной работе представлен план по созданию базы-поселения и промышленного космического комплекса на Луне. Данный проект обеспечивает решение основных проблем создания базы и проживания на ней людей. Предложены оптимальные проекты по обеспечению электроэнергией, кислородом. Предложена технология использования вахтенного метода работы, когда космонавты проводят месяц на базе на Луне и две недели на орбитальной станции с ИСТ.

Создание базы-поселения и промышленного комплекса позволит превратить Луну в так называемую «космическую пристань», что является важным этапом в освоении космоса.

Источник: www.nkj.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.