Здравствуйте. Каждый раз, когда вы смотрите на ночное небо, вы видите ее. Серебристый диск, наш вечный спутник, источник мифов, вдохновения и мечтаний. На протяжении всей истории человечества Луна была символом чего то недостижимого, далекого и таинственного.
Идея лунного города звучит как заголовок из фантастического романа прошлого века. Однако это уже не фантастика. Прямо сейчас, в лабораториях и конструкторских бюро по всему миру, эта мечта превращается в чертежи, математические модели и конкретные инженерные задачи. Давайте вместе разберемся, почему человечество снова стремится на Луну, где именно мы построим нашу первую внеземную базу, из чего она будет сделан и кто станет её первыми жителями. Это путешествие от сегодняшнего дня к 2100 году, к городу под куполом, который станет реальностью.
Зачем нам снова Луна?
После триумфа программы Аполлон в 70х годах прошлого века интерес к Луне угас. Люди побывали там, установили флаг, собрали камни и вернулись. Казалось, цель достигнута. Десятилетиями Луна была лишь перевалочным пунктом для автоматических зондов. Но сегодня мы возвращаемся, и у нас совершенно новые, гораздо более амбициозные цели. Есть три фундаментальные причины, почему Луна стала главной целью в новой космической гонке.
Первая и самая очевидная причина это близость. До Марса лететь в лучшем случае шесть месяцев. До Луны всего три дня. Эта разница критически важна. Трехдневное путешествие означает, что в случае экстренной ситуации на Земле можно относительно быстро отправить спасательную миссию. Связь с Луной происходит с минимальной задержкой, около двух с половиной секунд на прием и передачу сигнала. Это позволяет операторам на Земле почти в реальном времени управлять роботами на лунной поверхности. Для сравнения, сигнал до Марса идет до 24 минут в одну сторону, что делает прямое управление невозможным. Близость Луны это наша страховка, наш испытательный полигон и наш самый доступный плацдарм в космосе.
Вторая причина это ресурсы. Раньше Луну считали сухим и бесполезным шаром из камня. Сегодня мы знаем, что это не так. Луна это настоящая сокровищница, и главный ее ресурс это вода. Вода в виде льда, обнаруженная в постоянно затененных кратерах на полюсах. Вода это жизнь. Ее можно пить. Из нее можно получать кислород для дыхания. Но что еще важнее, путем электролиза воду можно расщепить на кислород и водород. А это основные компоненты высокоэффективного ракетного топлива. Луна может стать космической заправочной станцией, где корабли, летящие к Марсу и дальше, будут пополнять баки. Это полностью изменит экономику освоения дальнего космоса. Помимо воды, лунный грунт, реголит, содержит промышленные металлы: железо, алюминий, титан, кремний. Их можно использовать для строительства и производства прямо на месте. А еще на Луне есть гелий три, редкий на Земле изотоп, который в будущем может стать топливом для чистых и безопасных термоядерных реакторов.
Третья причина это трамплин для дальнего космоса. Прежде чем мы отправим людей в многолетнюю миссию на Марс, мы должны научиться жить и работать на другом небесном теле. Луна с ее низкой гравитацией, радиацией и вакуумом это идеальный полигон. Здесь мы отработаем технологии жизнеобеспечения, строительства, добычи ресурсов. Мы изучим, как человеческий организм адаптируется к длительному пребыванию в условиях пониженной гравитации. Мы научимся ремонтировать сложное оборудование вдали от Земли. Каждый день работы лунной базы будет давать нам бесценный опыт, который сделает миссию на Марс более безопасной и осуществимой. Луна это не конечная цель, а необходимый шаг на пути человечества к звездам.
Выбор места. Южный полюс или Северный?
Где именно на огромной поверхности Луны планируется строительство города? Ответ на этот вопрос у большинства космических агентств сегодня один: на Южном полюсе. Это место уникально и предлагает идеальное сочетание условий для постоянной базы.
Главная проблема жизни на Луне это экстремальные перепады температур. Лунные сутки длятся около 28 земных дней. Две недели светит безжалостное Солнце, раскаляя поверхность до плюс 120 градусов Цельсия. Затем наступают две недели ледяной ночи, и температура падает до минус 170 градусов. Выжить в таких условиях и обеспечить базу постоянной энергией невероятно сложно.
Но на Южном полюсе есть удивительное явление. Из за небольшого наклона оси вращения Луны Солнце там всегда светит очень низко над горизонтом. Это приводит к двум следствиям. Во первых, на вершинах некоторых валов и пиков вокруг кратеров, таких как кратер Шеклтон, существуют так называемые пики вечного света. Это точки, которые освещены Солнцем почти постоянно, более 80 процентов времени. Разместив здесь солнечные панели, мы можем получать почти непрерывный поток энергии.
Во вторых, прямо по соседству с этими освещенными вершинами находятся постоянно затененные регионы. Это глубокие впадины на дне кратеров, куда солнечные лучи не заглядывали миллиарды лет. Эти места работают как космические холодильники, где температура никогда не поднимается выше минус 200 градусов. Именно в этих ледяных ловушках и скопились огромные запасы водяного льда, который мы так хотим добывать.
Представьте себе такую картину. Лунный город построен на солнечном, теплом краю кратера, где солнечные батареи вырабатывают энергию. А внизу, в вечной тени и холоде, работают роботы шахтеры, которые добывают лед и доставляют его наверх, на перерабатывающий завод. Поэтому именно за участки на Южном полюсе в ближайшие десятилетия развернется настоящая технологическая и политическая борьба.
Строительство из лунной пыли
Из чего нужно строить? И здесь мы сталкиваемся с фундаментальной проблемой всей космонавтики: ценой доставки грузов с Земли. Отправить один килограмм груза на Луну стоит сотни тысяч, а то и миллионы долларов. Везти с собой тонны стали, бетона и пластика для строительства города экономически невозможно. Выход только один: строить из того, что есть под ногами. И главный местный строительный материал это лунный реголит.
Реголит это слой пыли, мелких осколков пород и спекшегося стекла, покрывающий всю поверхность Луны. Он образовался за миллиарды лет в результате падений метеоритов и воздействия солнечного ветра. Эта пыль очень мелкая, абразивная и из за отсутствия влаги имеет сильный электростатический заряд, то есть липнет ко всему. Работать с ней непросто. Но именно она станет основой лунной архитектуры.
Ключевой технологией здесь станет трехмерная печать, или аддитивное производство. Представьте себе большого роботизированного паука принтера. Он будет зачерпывать реголит, а затем по заданной компьютерной программе слой за слоем создавать из него различные конструкции. Есть несколько перспективных методов печати. Первый это лазерное или микроволновое спекание. Мощный луч плавит реголит, превращая его в твердый, похожий на керамику материал. Второй метод это использование связующего вещества. Робот будет смешивать реголит с небольшим количеством привезенного с Земли полимера, получая своего рода лунный бетон.
Что мы будем печатать в первую очередь? Не жилые дома. Сначала нужно создать инфраструктуру. Это посадочные площадки, чтобы ракетные двигатели не поднимали облака абразивной пыли. Это дороги между различными объектами базы. Это защитные валы и бермы вокруг жилых модулей, которые станут первым и самым важным щитом от радиации.
Сами жилые модули на первом этапе скорее всего будут привозными, надувными или трансформируемыми. Но даже их необходимо будет защитить. Самый простой способ это установить модуль в вырытый котлован и засыпать его сверху двухметровым слоем реголита. Этот слой грунта станет эффективной защитой от галактических лучей и солнечных вспышек. А уже на следующем этапе, когда технология будет отработана, мы сможем печатать из реголита целые купола и своды, создавая большие, герметичные и хорошо защищенные пространства.
Энергия для жизни
Любой город это прежде всего энергия. На Луне она будет нужна для всего: для систем жизнеобеспечения, для работы научных приборов, для зарядки роверов, для добычи ресурсов и для промышленного производства. Энергосистема лунной базы будет ее сердцем. Любой сбой в его работе будет иметь катастрофические последствия.
Основным источником энергии на Южном полюсе, как мы уже говорили, станет Солнце. Но лунные солнечные электростанции будут отличаться от земных. Поскольку Солнце там всегда висит низко над горизонтом, панели скорее всего будут устанавливаться вертикально на высоких мачтах, чтобы ловить как можно больше света и чтобы их не засыпало пылью. Даже на пиках вечного света бывают короткие периоды затмений, поэтому понадобятся мощные системы хранения энергии. Это могут быть аккумуляторы или системы производства водорода путем электролиза, который затем будет использоваться в топливных элементах для выработки электричества в темное время.
Но полностью полагаться на Солнце рискованно. Пыль может покрыть панели, а оборудование может сломаться. Поэтому абсолютно необходимо иметь второй, полностью независимый и надежный источник энергии. И этим источником станет ядерная энергия. Речь не идет о гигантских атомных электростанциях. Специально для космических миссий разрабатываются компактные ядерные мини реакторы, такие как проект NASA Kilopower. Это небольшая установка размером с человека, способная выдавать около 10 киловатт энергии, чего достаточно для обеспечения нескольких домов на Земле. Такой реактор очень безопасен, может работать без обслуживания много лет и обеспечивает стабильную мощность независимо от освещенности и погоды. Комбинация солнечных панелей для основной выработки и ядерного реактора в качестве резервного и основного источника для критически важных систем станет энергетической основой лунного города.
Дышать, пить и есть на Луне
Самая сложная технологическая задача на Луне это создание полностью замкнутой системы жизнеобеспечения. Мы не можем постоянно возить с Земли воздух, воду и еду. Все это должно производиться и перерабатываться на месте в бесконечном цикле.
Начнем с воздуха. Кислород будут получать из водяного льда методом электролиза. Но что делать с углекислым газом, который выдыхают люди? Специальные химические скрубберы будут улавливать его из атмосферы модуля. Затем с помощью каталитических реакторов углекислый газ будет расщепляться, кислород будет возвращаться в систему, а из углерода можно будет производить, например, метан для топлива или даже пластик для трехмерной печати. Важную роль в этом цикле будут играть растения в оранжереях, которые естественным образом поглощают углекислый газ и вырабатывают кислород.
Вода станет самым ценным и самым перерабатываемым ресурсом. Каждая капля будет на счету. Система регенерации будет собирать всю воду: конденсат из воздуха, сточные воды из душа и кухни и даже урину. После многоступенчатой очистки, фильтрации и дезинфекции эта вода снова будет становиться питьевой. Психологически это может быть непросто, но технологически это уже реализовано на Международной космической станции.
Еду придется выращивать в специальных подземных или хорошо защищенных оранжереях. Лунный реголит в чистом виде для этого не подходит, он токсичен и лишен органики. Поэтому основной технологией станет гидропоника, где корни растений омываются питательным раствором, или аэропоника, где корни висят в воздухе и опрыскиваются питательным туманом. Освещение будет искусственным, светодиодным, со спектром, оптимизированным для роста растений. Первыми лунными культурами станут листовая зелень, редис, помидоры, картофель. Растения будут не только источником пищи и витаминов, но и важным психологическим фактором, зеленым оазисом посреди серого лунного пейзажа.
Гонка за Луну 2.0. Кто строит город?
Все эти технологии не просто теория. Они уже разрабатываются и финансируются в рамках конкретных программ. Сегодня мы являемся свидетелями новой лунной гонки, но на этот раз в ней участвует гораздо больше игроков.
Главной движущей силой со стороны запада является программа NASA Artemis. Ее заявленная цель не просто повторить высадку, а создать устойчивое и долгосрочное человеческое присутствие на Луне и в ее окрестностях. Программа включает в себя строительство окололунной орбитальной станции Gateway, которая станет пересадочным узлом и командным центром. Для высадки на поверхность NASA заключило контракт с компанией SpaceX, которая разрабатывает гигантский корабль Starship. Концепция Artemis Base Camp предполагает строительство на Южном полюсе постоянной базы с жилыми модулями, роверами и научной аппаратурой. Это международный проект, в котором участвуют Европейское, Японское и Канадское космические агентства.
Практически параллельно свою программу развивает Китай. Проект Международной лунной исследовательской станции ILRS, который Китай реализует совместно с Россией и рядом других стран, преследует очень похожие цели. Это также создание роботизированной, а затем и обитаемой базы на Южном полюсе. Китай уже добился впечатляющих успехов, осуществив первую в истории посадку на обратной стороне Луны и доставив оттуда образцы грунта. Соперничество между этими двумя блоками, Artemis и ILRS, станет главным двигателем освоения Луны в ближайшие десятилетия.
Но в этой гонке есть и третья сила. Это частные компании. Такие компании, как Blue Origin Джеффа Безоса, и множество более мелких стартапов, вроде Astrobotic и Intuitive Machines, разрабатывают свои посадочные модули и транспортные системы. Они видят в Луне не только научный интерес, но и будущий рынок. Сначала они будут доставлять на Луну грузы для государственных агентств, а затем начнут реализовывать собственные коммерческие проекты.
Лунная экономика. Зачем все это нужно?
Строительство лунного города потребует триллионов долларов. Ни одно правительство не сможет поддерживать такой проект вечно, если он не начнет приносить экономическую выгоду. Так на чем же будет зарабатывать лунный город?
Первым и главным экспортным товаром станет ракетное топливо. Производство кислорода и водорода из местного льда и продажа его для заправки кораблей на окололунной орбите может стать основой всей лунной экономики. Это сделает полеты в дальний космос намного дешевле.
Второй сектор это добыча других ресурсов. Тот же гелий три, хоть и является технологией будущего, может привлечь огромные инвестиции. Добыча редких металлов, которые могут закончиться на Земле, также является перспективным направлением.
Третий, и возможно самый прибыльный в краткосрочной перспективе, сектор это космический туризм. Полет на Луну, возможность увидеть Землю из космоса и походить по другой планете станет самым эксклюзивным и дорогим путешествием. Первые лунные туристы будут миллиардерами, но их деньги помогут финансировать дальнейшее развитие инфраструктуры.
Четвертый сектор это наука и технологии. Луна это идеальная платформа для астрономических наблюдений. На ее обратной стороне, защищенной от радиошума Земли, можно построить самые чувствительные радиотелескопы. Уникальные условия вакуума и низкой гравитации могут быть использованы для производства материалов, которые невозможно создать на Земле, например, идеальных кристаллов для электроники или сверхчистых оптических волокон.
Первые лунные граждане
И вот, к концу 21 века, наш город существует. Это уже не просто научная база, а постоянно действующее поселение с несколькими десятками, а может и сотнями жителей. Кто эти люди?
Это точно не обычные обыватели. Первые лунные граждане будут лучшими из лучших. Это будут высококвалифицированные ученые, инженеры, врачи, геологи, специалисты по робототехнике. Все они пройдут жесточайший физический и психологический отбор. Они будут обладать не только высочайшим интеллектом, но и железной психикой, способностью работать в команде в условиях постоянного стресса и изоляции.
Их жизнь будет строго регламентирована. Каждый день будет расписан по минутам: работа по обслуживанию систем базы, научные эксперименты, выходы на поверхность или управление роботами, обязательные двухчасовые физические тренировки для борьбы с атрофией мышц и костей, совместный прием пищи и ограниченное время на отдых.
Со временем на Луне возникнет новое общество. И перед ним встанут новые вопросы. Кому принадлежат добытые ресурсы? Чьи законы действуют на Луне? Существующий Договор о космосе объявляет небесные тела достоянием всего человечества, но он не регулирует деятельность частных компаний и постоянных поселений. Придется создавать новый свод космических законов.