Обитаемая Луна: исследования, технологии, инновации

Если говорить о «лунной деревне» как комплексе сооружений для проживания сообщества людей, занимающихся совместной деятельностью, то начало ей уже положено, и сделали это автоматические аппараты, производившие разведку Луны в 2003-2010 гг. Это европейский зонд SMART-1, японский «Кагуйя», индийский «Чандраян», а также китайские аппараты серии «Чанъэ» и, конечно же, американские LROLCROSS. Многие из них создавались в тесном международном сотрудничестве (например, ESA помогало китайским партнерам поддерживать связь с «Чанъэ-1» и вместе с NASA принимало участие в создании научной аппаратуры для зонда «Чандраян»), что, конечно, станет хорошим заделом для подобного сотрудничества при создании и эксплуатации обитаемой лунной базы. После 2010 г. к Луне отправились американские миссии ARTEMIS. GRAIL и LADEE, в которых также были задействованы европейские специалисты, взамен получив доступ к их научным данным.

Чем же мы занимаемся в первую очередь с помощью этих аппаратов? Мы изучаем строение лунной поверхности, ее состав, количество и распределение кратеров, чтобы лучше понять процессы, сформировавшие другие каменистые планеты – тектонику, вулканизм и метеоритные бомбардировки. Нам также важно исследовать физические условия на разных этапах эволюции Луны, чтобы выяснить наличие и распространенность водяного льда и летучих веществ. Для этого аппараты неоднократно направлялись на траектории столкновения с нашим естественным спутником, а выбросы пород в месте их падения изучались спектральными методами с использованием наземных и космических средств наблюдения.

Падения лунных зондов помогают «вскрыть» глубинные слои Луны, как это сделал, например, SMART-1, финальная траектория которого прошла под небольшим углом к поверхности, благодаря чему он «пропахал» в ней 50-метровую борозду с широким светлым веером выбросов подповерхностных пород.

В процессе подготовки пилотируемой миссии, нам следует изучить всеми возможными способами как можно большее число потенциальных мест посадки. Особое внимание уделяется приполярным областям, где обнаружены кратеры, дно которых никогда не освещается Солнцем и где существуют благоприятные условия для сохранения больших массивов водяного льда. Они расположены в районе южного и северного полюсов Луны. Кроме того, у южного полюса найдена возвышенность, получившая название «Пик Света»: 90% времени на нее падают солнечные лучи. Она стала бы прекрасным местом для строительства обитаемой базы, обеспечиваемой энергией с помощью фотогальванических панелей, и отсюда было бы удобно поддерживать связь с Землей. К тому же рядом расположены участки, достаточно интересные с научной точки зрения.

Также в последнее время различные миссии обнаружили несколько вулканических регионов – таких, как холмы Мария (Marius Hills) – с большим количеством лавовых трубок. Первым их открыл зонд «Кагуйя», сфотографировав каверны, образовавшиеся при обрушении их сводов. Всего с тех пор таких «вскрытий» было найдено почти две сотни. Японские ученые провели их детальные исследования и определили, что площадь подповерхностных пустот составляет десятки квадратных километров – в них без труда можно разместить целый лунный город, защищенный от воздействия космической радиации, микрометеоритов и перепадов дневных-ночных температур, достигающих 300 °С. Очевидно, эти регионы представляют интерес с точки зрения изучения лунного вулканизма. Не исключено, что в таких туннелях сохранились запасы льда.

Очень убедительные данные о наличии воды на Луне предоставили аппараты LRO-LCROSS и «Чандраян». Последний произвел инфракрасную спектроскопию окрестностей лунных полюсов и зарегистрировал признаки наличия радикалов гидроксила ОН — продукта распада молекул воды. Зонд LCR0SS был направлен прямо в южный приполярный кратер Кабей и при падении образовал облако пыли и газов, в котором спектральными методами удалось обнаружить водяной пар с примесями органических соединений. Породы, содержащие лед, укрывают около 400 км? постоянно затененных участков, что даже при толщине слоя «вечной мерзлоты» меньше метра означает миллионы тонн воды, необходимой для функционирования обитаемой базы. Доставка такого ее количества с Земли обошлась бы нам в сотни миллиардов евро.

Первый китайский посадочный аппарат (миссия «Чанъэ-3») провел на лунной поверхности большое количество экспериментов с помощью современного оборудования, аналогичного тому, которое будет в распоряжении астронавтов, собирающихся отправиться на Луну в ближайшие годы. Базовый модуль и отделившийся от него луноход осуществляли видеосъемку окрестностей места посадки и друг друга, велись также астрономические наблюдения в специальный телескоп.

Поэтому фактически мы находимся в процессе перехода с первой стадии сооружения «лунной деревни» – исследования возможных мест для ее строительства с помощью автоматических аппаратов – ко второй, заключающейся в организации постоянного присутствия на Луне роботов. Они начнут детальную разведку ресурсов и развернут строительство первых лунных сооружений. В конце концов, этот процесс перейдет на стадию сложного роботизированного комплекса – «деревни роботов», за которой последует закономерное прибытие астронавтов и создание нового космического форпоста земной цивилизации. На протяжении последних 17 лет человечество постоянно имеет своих представителей на околоземной орбите на борту Международной космической станции, и создание такого же постоянного поселения на Луне станет логичным продолжением нашей экспансии во Вселенную. Оно значительно расширит наши возможности, обогатит науку, культуру и повлияет на все сферы человеческой деятельности.

Возвращаясь к роботизированным миссиям, следует упомянуть некоторые проекты. Это, конечно, индийский «Чандраян-2» и китайский «Чанъэ-4». Намечен старт новой американской тяжелой ракеты SLS, которая выведет на траекторию облета Луны беспилотную версию межпланетного корабля Orion. Примерно тогда же первый автоматический разведчик к нашему естественному спутнику запустит компания SpaceX. В 2020 г. к нему отправятся следующие японский и китайский зонды, российская «Луна-25» и американский Lunar Resource Prospector, после чего настанет черед пилотируемых полетов. А немного позже американская компания Blue Origin собирается посадить на лунную поверхность 5-тонный грузовой модуль.

Посадочный аппарат представляет собой платформу для тестирования инструментов, которые могут быть использованы в будущих лунных миссиях — телескопы, видеокамеры, спектрометры, анализаторы образцов. Сейчас ведется отработка программного обеспечения для управления ими с Земли: в частности, с помощью телескопа мы собираемся наблюдать различные небесные тела без атмосферных помех. Вся эта техника испытывается Европейской рабочей группой по изучению Луны ILEWG в сотрудничестве с ESTEC на специальном «лунном полигоне» в окрестностях потухшего вулкана Эйфель в Германии при участии астронавтов. В июне 2017 г. в еще более жестких условиях на склоне действующего вулкана Этна тестировался посадочный модуль и два лунохода для экспедиции на Луну с минимальными затратами. В испытаниях участвовал большой международный коллектив.

Давайте перейдем теперь к следующему шагу. Однажды Луна станет доступной для ученых и инженеров, и мы сможем привлечь к ее исследованиям мировую общественность. Эти революционные изменения затронут нас всех, мы обязаны будем активно взаимодействовать, информировать друг друга, к чисто научным задачам добавятся коммерческие интересы. появятся новые возможности для представителей других наук (в первую очередь астрономии), нам нужно будет решать транспортные проблемы, вопросы добычи и эксплуатации лунных ресурсов, развития соответствующих технологий, систем связи… вплоть до организации туристических маршрутов на Луне. Все эти возможности должны быть открыты для людей со всего мира, и это именно то, что мы сейчас называем «Лунной деревней».

ESA, очевидно, не останется в стороне от этих процессов. Агентство на регулярной основе поддерживает исследования, ведущиеся европейскими космонавтами на борту МКС, утвердив, таким образом, свое присутствие на низких околоземных орбитах. Но мы уже движемся по направлению к более далеким целям, участвуя в разработке сервисного модуля для американского пилотируемого корабля Orion. Напомним, что он уже испытывался в ходе орбитального полета. Ориентировочно в 2022 г. должен состояться его полет с экипажем из 4 человек – это будет первая пилотируемая лунная экспедиция со времен Apollo 17 (всего по программе Apollo на Луне и в ее окрестностях побывало 24 человека).

Как вы знаете, все астронавты, побывавшие на поверхности нашего спутника, были мужского пола. Пришло время это изменить. В ближайшее время должно быть принято решение о включении в состав лунного экипажа женщины. Подготовка некоторых участников экспедиции уже идет. Это будет новое поколение исследователей Луны. И, конечно же, однажды мы собираемся произвести высадку на поверхность, где развернутся основные научные и технологические исследования.

Теперь давайте посмотрим на европейский концепт строительства лунного поселения, включающий в себя использование новейших технологий – 3D-печать, искусственный интеллект… Уже скоро туда смогут безопасно прибыть люди, но основная часть работ будет выполнена с участием привезенных дистанционно управляемых аппаратов. В этой концепции мы собираемся оставить место для некоторой автономности роботов, что сыграет важную роль при строительстве марсианской базы, когда ими нельзя будет управлять с Земли так, как на Луне (из-за задержки радиосигнала).

Жители «лунной деревни» столкнутся со следующими вызовами: они должны, во-первых, добраться туда, во-вторых, работать там, в-третьих, общаться и связываться с Землей, наконец – выжить в течение длительного времени (как люди, так и роботы). Далее, там необходимо будет перемещаться и вести поиск ресурсов, чтобы использовать их в своих целях, а в перспективе 90% усилий населения должно уделяться именно добыче ресурсов и только 10% – науке.

Следующая важная задача – построить радиотелескопы на обратной стороне Луны для исследования ранних стадий эволюции Вселенной, поисков внеземного разума и экзопланет.

Как я уже говорил, наши проекты реализуются при участии множества молодых профессионалов. Вместе с ними при поддержке международных научных организаций мы отправились на две недели в сердце пустыни, чтобы проверить строения, спроектированные для лунной и марсианской базы в различных аспектах… Фактически мы переселились на Марс. Вот изображения марсианской поверхности, а вот – мест, где мы работали. Здесь мы видим характерные черты рельефа соседней планеты: вот слои осадочных пород, отложения глин в марсианском кратере Гейл… а так выглядят их аналоги на Земле. Сходство весьма велико. Мы посылали участников экспедиции брать образцы, потому что хотели проверить всю разработанную последовательность действий для поисков следов жизни в выбранных марсианских формациях. Образцы можно было проанализировать in situ в лабораториях, также имитировались выходы на поверхность за пределы космического аппарата, что дало нам другой взгляд на предметы, которые мы хотели протестировать. Также были организованы несколько экспедиций в ледниковую пещеру в Австрии, где мы смогли провести несколько астробиологических экспериментов, связанных с работой в условиях холода. Кристиан Хайнике (Christiane Heinicke) рассказал про свою «жизнь на Марсе», а в июле 2016 г. проходили совместные эксперименты ESTEC-ILEWG по тренировке изолированного пребывания в перспективных лунных и марсианских модулях ExoHab и ExoLab. В июле-августе 2017 г. состоялась более масштабная симуляция на базе LunAres в Польше. В ней дополнительно отрабатывалось использование средств связи для дистанционного управления роботизированными средствами – мы хотели проверить возможность реакции на различные инциденты и давали команды выполнить некоторые задания. Большой объем работы был проведен в следующей системе, расположенной в Европейском центре подготовки астронавтов в Кельне — гибком надувном модуле с 900 кубометрами грунта, имитирующего лунный, где мы можем делать эксперименты. Имеется также «лунно-марсианская камера» (Moon-Mars Space Chamber), где есть вакуумные помещения, дающие возможность изучать поведение пыли.

Обширные исследования на тему архитектуры «лунной деревни» проводились в апреле-августе 2017 г. в Университете Штутгарта, отдельное совместное заседание ESA и представителей компании Airbus по проблемам промышленности состоялось 31 мая 2017 г. в Мюнхене, а в Вене была организована тематическая конференция COSPAR. Как видите, в работы по созданию обитаемой базы на Луне вовлечено уже множество представителей мирового сообщества.

В конце своего выступления я хотел бы задать несколько вопросов. Поддерживаете ли вы концепцию лунного и марсианского поселения? Есть ли здесь те, кто хотел бы к ней присоединиться? А кто против? Один есть, это хорошо… нам нужны и оппоненты. В любом случае, вы можете спросить: что приобретет человек, если мы полетим туда? Что мы будем там делать? Заниматься наукой, развивать технологии и международное сотрудничество, даже использовать Луну в коммерческих целях, получая экономические выгоды… и вдобавок это вдохновит нас на новые открытия и свершения в гуманитарной сфере. Спасибо за внимание!