Во времена Холодной войны и первых пилотируемых космических полётов США и СССР активно трудились над тем, чтобы высадиться на поверхность Луны, хотя реальная практическая польза от этого события была весьма сомнительной. В то время идея высадки на естественный спутник Земли заключалась скорее в демонстрации технологического превосходства над другой сверхдержавой и всем остальным миром. Но в наши дни всё существенно изменилось — фокус сместился как раз в практическую плоскость, ведь вдруг оказалось, что Луна невероятно ценна по целому ряду аспектов. Именно о них сегодня и расскажу.
Почему космические страны хотят колонизировать Луну
Естественно, страны, желающие в обозримом будущем покорить Луну, вкладывают в это огромные ресурсы на протяжении десятков лет не только из научного любопытства (с научной точки зрения Марс выглядит куда интереснее). Существует ряд довольно важных причин, которые подталкивают космические страны водрузить свой флаг где-то в области южного полюса естественного спутника Земли.
Отработка критически важных технологий
На данный момент естественный спутник Земли в большинстве своём воспринимается как относительно доступный испытательный полигон для передовых космических технологий, которые в будущем позволят покорить не только Марс, о чём не мечтает разве что ленивый, но и планеты так называемого «далёкого космоса» — пространства за пределами Солнечной системы (впрочем, это планы на очень далёкое будущее). Других подобных крупных «площадок» для отработки всего того, что нужно человеку для успешного выживания за пределами родной планеты, поблизости банально нет.
Например, перед тем, как отправляться выращивать картошку на «Красной планете», сначала нужно научиться безопасно сажать аппараты на различные поверхности — и Луна, обильно покрытая кратерами от столкновений с астероидами, отлично подходит для тренировок. «Роскосмос», NASA и CNSA (Китайское национальное космическое управление) будут в течение многих лет запускать в сторону земного спутника беспилотные корабли, пока не научатся сажать их со стопроцентной вероятностью, доработав все базовые технологии автоматической посадки. Никто из космонавтов ведь не полетит на Марс, понимая, что даже на Луну садят 1 из 3 аппаратов.
Также Луна предоставляет прекрасную возможность быстро и недорого протестировать, а затем существенно улучшить текущие средства связи, которые в будущем позволят существенно упростить путешествия по космосу. Например, Китай недавно запустил на окололунную орбиту космический спутник Queqiao — он позволяет поддерживать связь с обратной стороной Луны, что ещё совсем недавно казалось невозможным. Эта же технология, только прокачанная, затем будет поддерживать постоянную связь с наземной станцией, когда люди возведут первые модули на Марсе.
Ещё в разработке находится система LUPIN — это условный GPS, только для естественного спутника Земли, позволяющий роверам, спутникам и самим космонавтам гораздо точнее ориентироваться на новом месте. На данный момент космические вездеходы и прочие аппараты ориентируются в пространстве на основе встроенных модулей и сигналов с Земли, но если речь идёт о покорении далёкого космоса, то нужно что-то более надёжное — и на Земле эти инструменты просто не протестировать.
Безусловно, Луна нужна лидерам космической гонки в том числе для тестов ИИ — уже сейчас идут разговоры о планах создавать автономные роботизированные системы, которые будут работать на базе алгоритмов без необходимости поддерживать связь с наземной станцией. Эти системы должны сформировать почву для людей-колонизаторов — например, подготовить площадку для строительства лунной базы и герметичных жилых модулей, собрать необходимые ресурсы, доставить материалы в нужную точку, возвести стены и многое другое.
И, пожалуй, среди наиболее важных вещей, для испытаний которых остро необходима Луна, стоит выделить ядерные реакторы и научные базы длительного проживания. Начнём с последнего — базы, на которых человек может жить месяц или даже годы, на спутнике Земли позволят отточить системы жизнеобеспечения, без которых говорить о колонизации чего-либо в космосе просто глупо. Но на одних лишь солнечных панелях в этом сценарии далеко не уедешь — для жизни, научной деятельности и добычи ресурсов (об этом немного позже) нужно много энергии, которую, вероятнее всего, будет обеспечивать ядерный реактор.
Вот только сразу брать и запускать реактор в сторону Марса — задача довольно опасная, ведь есть шанс, что целым не долетит. Так что для начала технологию очень аккуратно изучат на примере Луны, учтут все возможные проблемы и тонкости, и лишь после этого доведённую до идеала технологию можно будет масштабировать на Солнечную систему.
Добыча Гелия-3 — путь к термоядерной энергетике
Принято считать, что Луна в качестве сырьевого придатка человечеству совершенно не интересна (в отличие от, например, астероидов стоимостью в триллионы долларов), так как на её поверхности или в её недрах нет никаких достаточно ценных ресурсов. Но на самом деле это совершенно не так. Дело в том, что естественный спутник Земли, теоретически, является буквально кладезем Гелия-3 (он же He-3 с одним нейтроном и двумя протонами в составе) — невероятно редкого на нашей родной планете изотопа гелия (в атмосфере доля данного изотопа ниже 0,0001%), который необходим в сфере термоядерной энергетики.
Преимущества использования данного материала в его крайне высокой энергоэффективности — редкий изотоп позволяет вырабатывать колоссальные объёмы энергии на единицу массы. К примеру, есть теоретические расчёты, по которым 25 тонн (этот параметр стоит запомнить) данного материала позволят обеспечить США электроэнергией на целый год. Кроме того, так как Гелий-3 не является радиоактивным, его можно безопасно и безвредно хранить и транспортировать, а сама термоядерная реакция на его основе более или менее стабильна. И так как на Земле добыть или искусственно синтезировать Гелий-3 очень и очень трудно, да ещё и в смешных количествах, Луна из ненужного холодного камня в космосе превращается в настоящий клад.
Учёные считают, что поверхность Луны из-за отсутствия там атмосферы и магнитосферы под воздействием солнечного ветра (потока частиц, излучаемого Солнцем) в течение миллиардов лет буквально накапливала Гелий-3 в недрах своего реголита. В результате, по предварительным оценкам, в одной тонне лунного грунта может содержаться 10-20 микрограмм редкого изотопа Гелия. Звучит не очень много, но суммарно на естественном спутнике Земли может находиться от 100 тысяч до миллиона тонн чистого Гелия-3. Это значит, что даже по самым скромным оценкам из Луны можно добыть ресурсов, которые почти бесплатно запитают целый континент электроэнергией на 4000 лет вперёд.
Безусловно, пока что это всё лишь мечты — добывать Гелий-3 на Луне на данный момент просто невозможно. Нужно не только прокачать грузовые корабли и научиться перерабатывать тонны грунта на поверхности безжизненного космического тела, но и затем правильно обрабатывать изотоп под действием крайне высоких температур (600–900 °C), после чего доставлять всё это на Землю. И это я ещё не говорю о том, что сама идея термоядерного реактора на Гелии-3 пока что не реализована — технология существует лишь «на бумаге», создать соответствующий реактор никому не удалось. Более того, Договор о космосе от 1967 года запрещает национализацию ресурсов в космосе, хотя когда речь дойдёт о многомиллиардной прибыли, вероятно, эту проблему довольно быстро обойдут ушлые юристы.
В России о промышленном освоении Луны и добыче Гелия-3 начали активно говорить ещё в 2005 году:
«Мы говорим сейчас о термоядерной энергетике будущего и новом экологическом типе топлива, которое нельзя добыть на Земле. Речь идет о промышленном освоении Луны для добычи гелия-3», — заявил Николай Севастьянов, глава ракетно-космической корпорации «Энергия», изданию «РИА Новости».
В Китае аналогичную идею начали озвучивать примерно конце 2010-х:
«Все знают, что ископаемые виды топлива вроде газа и угля когда-нибудь иссякнут, но на Луне находится не менее 1 миллиона метрических тонн Гелия-3. Если добыча Гелия-3 на Луне и получение из него ядерной энергии станут реальностью, ресурсы Луны можно будет использовать для производства энергии более 10 000 лет», — заявил Оуян Цзыюань (Ouyang Ziyuan), главный научный сотрудник китайской лунной программы.
Примечательно, что в США к перспективе добычи Гелия-3 из Луны относятся более прохладно (или лишь делают вид). Американские специалисты отмечают, что добыть, обработать и доставить ресурс на Землю с текущим уровнем технологий может быть дороже, чем использовать доступные на планете источники энергии вроде ядерных реакторов. Из-за этого учёные из NASA планируют изучать изотоп, но не ставят его первопричиной колонизации Луны — как минимум пока что.
С другой стороны, американские частные компании вроде Moon Express обещают перекопать Луну и добыть столь ценный ресурс в кратчайшие сроки. Правда, если планы Китая и России можно назвать более или менее конкретными, то «частники» из США дальше обещаний и громких заявлений обычно не доходят. Та же Moon Express в 2015 году обещала в 2017-м доставить на Луну ровер и перекопать там всё в поисках Гелия-3, но луноход по сей день никто так и не отправил. Но, безусловно, в обозримом будущем это одна из ключевых целей, из-за которой сверхдержавы так активно рвутся на Луну.
Без редкоземельных элементов никуда
Представить себе современный мир без редкоземельных элементов (они же РЗЭ) просто невозможно — они применяются при производстве электроники, бытовой и автомобильной техники, в средствах связи и не только. Более того, с каждым годом потребность человечества в этой группе из 17 элементов лишь возрастает, хотя на поверхности Земли столь ценного ресурса не так уж и много (не просто так в названии имеется слово «редко»), плюс его довольно трудно добывать и перерабатывать для дальнейшего применения в производстве. И частично удовлетворить спрос рынка высоких технологий в данном вопросе сможет Луна, пусть и не в ближайшем будущем.
Первая информация о том, что реголит Луны может содержать элементы из группы редкоземельных металлов, появилась ещё во времена американской миссии «Аполлон», когда астронавты NASA доставили образцы лунного грунта на Землю. Информацию в рамках миссии «Чанъэ» подтвердили и китайские учёные, которым тоже удалось доставить на планету грунт с естественного спутника Земли. Анализ образцов показал наличие в лунном грунте иттрия, церия, неодима, европия и прочих элементов из группы РЗЭ. Безусловно, учёные предполагают, что концентрация данных элементов в лунных породах будет гораздо ниже по сравнению с рудниками, которые на данный момент вырабатываются на Земле, но это мало кого волнует — и на то есть веские причины.
Здесь хотелось бы отметить проблемы, связанные с добычей редкоземельных элементов из реголита и более глубинных пород Луны. На данный момент это лишь мечты — доставить на поверхность спутника горнодобывающее оборудование, обеспечить энергией, запустить добычу и переработку грунта, а затем доставку редкоземельных элементов на Землю современные технологии не позволяют. Кроме того, обогащать традиционным методом РЗЭ на поверхности Луны не выйдет — там нет атмосферы и достаточных объёмов жидкой воды. Соответственно, нужно будет разработать нечто новое, что можно будет реализовать на безжизненном спутнике.
На всё это уйдут не просто годы — десятилетия. Ведь если всё пойдёт по плану, то люди начнут плавно колонизировать Луну в 2030-2040 годах, а необходимые технологии могут появиться на десять-двадцать лет позже. И если в наши дни эта идея кажется бесполезной, ведь на Земле добывать редкоземельные металлы проще и дешевле, то в далёком будущем, когда на нашей родной планете всё выгребут до последнего грамма, Луна с её ценными залежами вполне может заиграть новыми красками.
Хотя первые шаги в этом направлении делают уже сейчас — США, к примеру, внесла редкоземельные элементы Луны в программу ISRU (In-Situ Resource Utilization). Она подразумевает использование локальных ресурсов космического объекта (любого — не только Луны) для производства необходимых жилых комплексов, инфраструктуры и так далее. Аналогичный подход хотят применять в Китае — зачем везти с Земли и без того дорогие металлы, если они уже есть «под ногами»? А в «Роскосмосе» даже называют приблизительные даты начала освоения и выработки Луны — примерно 2040 год. Правда, что останется от естественного спутника Земли после того, как из него сначала выкачают Гелий-3, а затем перекопают вдоль и в поперек в поисках металлов, вопрос открытый.
Престиж никуда не делся
Хотя в условиях современного мира вопрос покорения поверхности Луны носит гораздо более практический и экономический характер, чем во времена Холодной войны, вопрос демонстрации технологического превосходства никуда не делся. Стоит сказать, что США, пусть и с некоторыми оговорками, длительное время было принято считать лидером в области космических открытий — NASA владеет основой Международной космической станции (хотя её произвели в СССР), запустила в космос Вояджер, Хаббл и телескоп Джеймса Уэбба, американская SpaceX совершила революцию в области многоразовых ракет-носителей и систем спутниковой связи. Но в обозримом будущем ситуация, вероятно, кардинально изменится.
К примеру, после схода МКС с околоземной орбиты, у Америки не останется обитаемых орбитальных станций, что существенно ограничит научное сообщество США в вопросах проведения различного рода экспериментов, наблюдений и прочих важных для будущего вещей. У России же уже готовится замена — Российская орбитальная станция активно разрабатывается, уже идут разговоры о ракетах-носителях, которые будут доставлять модули станции на орбиту, имеется дизайн-проект и многое другое. Если всё пройдёт по плану, то лет через пять-восемь у страны будет своя собственная орбитальная станция, тогда как в NASA лишь говорят о том, что этим вопросом займутся частные компании.
А у Китая свой аналог МКС уже есть — Тяньгун прекрасно бороздит орбиту Земли, выполняет научные задачи, собирает данные и предоставляет плацдарм для экспериментов, которые в будущем позволят строить космические корабли будущего и колонизировать далёкие планеты. Также китайцы сумели собрать и доставить образцы лунной породы, создать систему связи с обратной стороной Луны, построить собственные ракеты-носители и пилотируемые корабли, но всё это не выглядит настолько грандиозно, чтобы сместить США с космического пьедестала. России и Китаю (через пару абзацев я объясню, почему данные страны в статье упоминаются вместе) нужно совершить нечто действительно крупное, чтобы доказать всему миру своё превосходство в этой области, и колонизация Луны для этого подходит прекрасно.
Как именно космические державы хотят колонизировать Луну
Ни для кого не секрет, что когда речь заходит о действительно масштабных космических проектах, от момента идеи до её финальной реализации могут пройти годы или даже десятки лет. И с Луной эта традиция сохраняется — два крупнейших проекта уже опубликовали свои дорожные карты, позволяющие понять, как именно человечество планирует построить второй дом на безжизненном космическом объекте.
Российско-китайский проект ILRS
Относительно недавно, 16 июня 2021 года, Россия совместно с Китаем в рамках выставки Global Space Exploration Conference в Санкт-Петербурге представили дорожную карту создания российско-китайской Международной лунной научной станции (International Lunar Research Station или ILRS) в рамках долгосрочной совместной программы исследования Луны. Партнёрство весьма логичное — у России огромный опыт в создании тяжёлых ракет-носителей, посадочных модулей и орбитальных станций, а CNSA в последние годы демонстрирует колоссальный рост в области изучения космоса.
Страны-основатели ILRS (на данный момент помимо России и Китая в альянс входит ещё 11 стран) поставили перед собой довольно амбициозную задачу — создать на поверхности естественного спутника Земли целый комплекс долгосрочных объектов. Речь идёт не только о жилых комплексах, которые позволят космонавтам и тайконавтам длительное время проживать на поверхности Луны с полным комфортом, но и о научно-исследовательских модулях, энергетической и телекоммуникационной системах. И, конечно, лунная станция длительного пребывания подразумевает модули, отвечающие за выработку реголита, поиска воды для дальнейшей её переработки в жидкую воду, тестирования передовых технологий и всего в таком духе.
Исходя из текущего плана, который, безусловно, может сдвигаться из-за различных провалов и недостаточной готовности технологий (в вопросах космоса такое происходит повсеместно), в период до 2035 года Россия совместно с Китаем планируют запустить на Луну несколько автоматических миссий (то есть без людей на борту) для возведения необходимой инфраструктуры — размещения энергетических модулей и солнечных панелей, коммуникационных систем, исследовательских модулей и научного оборудования. Вместе с этим будет сформирована и орбитальная система спутников Луны, которые будут собирать данные и обеспечивать беспрерывную связь.
В результате на южном полюсе Луны должна заработать полностью автоматическая исследовательская база. Локация была выбрана неслучайно — здесь имеется множество участков, которые постоянно освещены Солнцем, что позволит выжать из солнечных батарей максимум энергии. Также во льдах на южном полюсе предполагается наличие водяного льда в глубоких кратерах — это важно как для получения топливного элемента, так и для поддержания жизнедеятельности человека в будущем, уже с пилотируемыми миссиями.
Когда всё это будет реализовано и запущено в эксплуатацию, «Роскосмос» и CNSA будут запускать пилотируемые миссии с космонавтами и тайконавтами на борту. В рамках этих миссий планируется реализовать многоцелевое использование базы долгосрочного проживания — отсюда будут вести астрономические наблюдения, детально изучать лунную геологию, заниматься добычей ресурсов и готовить плацдарм для отправки на Марс. На данный момент дорожная карта России и Китая выглядит наиболее конкретным планом по колонизации Луны.
Американская база Artemis Base Camp
Подход США в вопросе колонизации Луны кардинально отличается от российско-китайского проекта, имея как преимущества, так и серьёзные недостатки. Начать стоит с того, что NASA сотрудничает не только с космическими агентствами других стран (ведущую роль в проекте Artemis играют ESA, JAXA, CSA — Европа, Япония и Канада соответственно), но и с частными компаниями-подрядчиками вроде SpaceX и Blue Origin. Это позволяет американскому космическому агентству делегировать задачи и ускорять процесс подготовки миссии — к примеру, SpaceX отвечает за ракету-носитель (если от SLS всё же откажутся) и посадочный модуль.
Европейское космическое агентство занимается проектом Orion — это космический возвращаемый корабль-капсула с крайне высокой степенью защиты, который можно отправить на Луну и забрать обратно. А Канада занимается созданием роботизированной руки Canadarm3, которая будет работать на базе искусственного интеллекта, обслуживая орбитальную станцию Lunar Gateway. Над ней работают все сообща — именно эта станция послужит платформой, на которой астронавты будут пересаживаться из корабля Orion на посадочный модуль с последующей высадкой на Луну.
Проблема такого подхода в том, что в цепи слишком много компонентов, да ещё и со всего мира. Если у кого-то на этапе разработки возникают трудности с финансированием (недавно появились слухи о том, что власти США могут существенно сократить бюджет NASA) или созданием необходимых технологий, то это потянет назад всех, вынуждая смещать сроки. Кроме того, хотя проект международный, а в декларации принципов Artemis Accords прописаны правила, регулирующие колонизацию Луны в будущем, США всё же является лидером проекта и во многом его контролирует — как это было с МКС, к примеру. И когда через 30-50 лет технологии позволят добывать Гелий-3 в промышленных масштабах, неясно, будет ли эта декларация работать.
Второй спорный момент проекта Artemis — американцы делают упор на пилотируемые миссии. Да, уже в 2027 году в рамках миссии Artemis III
специалисты из NASA планируют высадить на поверхность Луны в области южного полюса астронавтов, тогда как Россия с Китаем работают над автоматическими миссиями. Вот только планы США уже провалились — даже Artemis II, которую должны были запустить в сентябре 2025-го, перенесли на весну 2026-го (на самом деле вторую «Артемиду» переносили столько раз, что не хватит пальцев рук, дабы это посчитать). Да и без подготовки сразу отправлять людей — рисковая затея.
При этом в остальном план NASA похож на IRLS — в США тоже хотят построить на Луне сложную инфраструктуру с жилыми и научно-исследовательскими модулями, систему добычи воды из водяного льда в недрах спутника, а также подготовить почву для полётов на Марс.
Трамплин в сторону Марса и не только
Пока что полёты на космических кораблях к далёким планетам с их дальнейшей колонизацией выглядят выдумкой из научно-фантастических фильмов, но, как вы могли заметить, технологии в этой отрасли развиваются семимильными шагами. И, скорее всего, та страна (или группа стран), которая сможет раньше всех полноценно покорить Луну, с огромной долей вероятности первой колонизирует и Марс. А это прямой путь к дальнейшему господству как в космосе, так и на Земле, которое упускать ни одна из сверхдержав явно не желает. Именно поэтому естественный спутник Земли настолько важен для ближайшего и далёкого будущего.
