Уже совсем скоро рой космических кораблей покинет Землю и направиться к естественному спутнику нашей планеты. На Луне начнут создаваться научные базы, жилые комплексы, производственные площадки и стапели для строительства межпланетных аппаратов. Наверное, так будут звучать заголовки репортажей будущего, когда полеты человека к Луне станут обыденностью. А вот как первым кораблям обеспечить безопасное прилунение с последующим использованием места для последующих экспедиций? И если посадочные модули «Аполлонов» садились в разных местах и сейчас эти ступени находятся на поверхности Луны как будущие памятники, то при строительстве базы на Южном полюсе, в одно место будут садиться корабли по многу раз. Для решения этой проблемы команды исследователей из Университета Пердью разработали практичный подход к строительству первых посадочных и стартовых площадок на Луне. Они предложили сооружать их прямо из лунного реголита, не доставляя бетон и металл с Земли.
Стало ясно, что в долгосрочной перспективе для пилотируемых лунных миссий такие шлейфы неприемлемы: опасность возникает не только для экипажа корабля, но и для модулей будущей постоянной базы — удары твердых частиц могут повредить их. Поэтому в нескольких километрах от станции NASA считает необходимым построить космодром — ровную, гладкую и огороженную площадку для посадки и взлета.
Посадочная площадка нужна для защиты техники и инфраструктуры. Тяжелые ракеты — в том числе лунная версия Starship — при посадке и взлете бьют выхлопом двигателей прямо в грунт, разбрасывая пыль и камни на сотни метров. Это опасно как для самой ракеты, так и для расположенных поблизости модулей будущей лунной базы. Без подготовленной поверхности каждая посадка будет разрушать грунт и постепенно выводить площадку из строя.
Сложность в том, что механические свойства лунного грунта до сих пор изучены не полностью. Авторы предлагают не дожидаться исчерпывающих данных, а проектировать площадки, опираясь на минимальную необходимую информацию и проверяя решения непосредственно на Луне. Конкретнее, они предлагают плавить реголит, нагревать лунный грунт, превращая его в твердую плиту, способную выдерживать нагрузку от ракеты. При этом отталкивались от того, что для строительства на Луне в распоряжении есть только реголит и микроволновое устройство для его спекания. Таким образом, предстоит либо изготовить одну монолитную плиту, либо выложить мозаику из нескольких. У обоих вариантов свои плюсы и минусы. С одной стороны, стыки между плитами могут забиваться пылью, к тому же есть риск неровностей. С другой — при повреждении цельной платформы она автоматически приходит в негодность полностью, а при возведении из многих деталей их можно по очереди заменять, то есть ремонт облегчается.
Моделирование показало, что такая плита может выдерживать нагрузку тяжелого посадочного аппарата, если правильно выбрать толщину. Исследователи решили взять за основу своих расчетов проекты современных лунных кораблей, в качестве примера — Blue Moon американской компании Blue Origin. Его максимальная масса составляет примерно 45 тонн, а вместе с посадочными опорами корабль занимает на поверхности пространство диаметром девять метров. Для корабля массой около 50 тонн оптимальной оказалась плита примерно 30–35 см. Толще — не значит надежнее: из-за резких перепадов температуры, а лунные день и ночь длятся по две недели, слишком большая плита быстрее трескается.
По предварительным оценкам, космодром в таком случае должен иметь ширину около 36 метров, а минимальная нужная толщина платформы составляет 36 сантиметров. Как показали расчеты, этого достаточно, чтобы корабль не расколол и не продавил ее, даже если встанет на угол плиты и при этом какое-то время будет опираться одной «ногой», то есть садиться не совсем вертикально.
Отдельная проблема — тепловые удары от двигателей. Расчеты показывают, что при взлете ракеты сильно нагревается только верхний слой реголита, но многократные старты все равно будут постепенно скалывать поверхность. Это ожидаемо: площадка проектируется не как вечная, а как обслуживаемая конструкция.
Порядок действий следующий: начала автоматы собирают данные о грунте и температурных нагрузках, затем роботы строят первую площадку, а после этого инженеры наблюдают, как она деформируется и трескается со временем. На основе этих данных конструкцию можно дорабатывать. Строить такие объекты вручную, конечно, невозможно — все должны делать автономные или дистанционно управляемые роботы. Люди в скафандрах для такой работы слишком уязвимы и медлительны
#космос #космические_полеты #исследование_Луны #лунный_реголит #NASA #Starship #университет_Пэрдью #Blue_Origin#Blue_Moon#спекание_реголита