Станислав Славин - Зачем нужна Луна
ВОПРОС ТРЕТИЙ. ЗАЧЕМ НАМ ВОЗВРАЩАТЬСЯ?
Луна полна сокровищ. Об этом говорят отнюдь не лунатики и даже не фантасты всех мастей, а вполне серьезные ученые, принимавшие в свое время участие в анализе лунного грунта или сделавшие из этого анализа соответствующие выводы. К таким специалистам, например, относятся директор Института тепловых процессов академик А.С.Коротеев и его сотрудники В.Н.Акимов, Ю.М.Еськов и В.Ф.Семенов. Свои соображения они недавно изложили в обширной статье, опубликованной в "Известиях РАН". С ними солидарны и многие зарубежные коллеги. Вот какой они видят судьбу Луны в скором будущем. Члены Европейского космического общества, в частности, выступили недавно с планом исследования Луны, рассчитанным на 25 лет. Кульминация данного проекта - создание постоянно действующей научной станции на естественном спутнике нашей планеты. Научный директор ЕКА, доктор Роджер Боннард заявил, что первым этапом данной программы явится создание небольшого беспилотного космического корабля "Леда". Он достигнет поверхности Селены в 2001 году. На его борту будет установлена аппаратура для измерения освещенности лунного грунта и некоторых других параметров, которые нужно уточнить прежде, чем затевать строительство собственно лунной станции. За "Ледой" последуют другие аппараты - с более сложным ооорудованием. Они проделают всю подготовительную работу по созданию станции, которая должна вступить в строй действующих примерно к 2020 году. Скорее всего эта станция будет расположена на обратной стороне Луны, поскольку именно там идеальные условия для астрономических наблюдений. Примерно такие же проекты по созданию и автоматическому развертыванию лунных станций разраоотаны специалистами США, России и Японии. А два энтузиаста - российский архитектор Джангар Пюреев и финский строитель Пека Теревя - даже разработали проект лунной станции для более быстрого освоения спутницы нашей планеты. Проект они назвали "Луна-2012", намекая, что подобное строительство возможно и раньше 20-го года следующего столетия. Однако для чего же все-таки так рвутся исследователи снова на Луну? Неужто им все не дают покоя космодромы, точнее, лунодромы "летающих тарелок" и желание поближе познакомиться со строителями лунных подземелий?.. Оказывается, нет. У землян на Луне есть и другие, куда более прозаические, экономически выгодные интересы. О них-то как раз академик А.С.Коротеев и его коллеги рассказали на недавней пресс-конференции. Сегодня Россия, как и другие развитые страны Земли, стоит перед проблемой: откуда брать энергию для удовлетворения все растущих запросов населения и промышленности? На тепловые и гидроэлектростанции надеяться особо не приходится - как показывают современные исследования, они чересчур уж вредят окружающей среде. О ядерных и термоядерных станциях тоже говорить всерьез не приходится. О первых потому, что чернобыльская и ей подобные катастрофы создали у населения стойкую радиофобию. Что же касается создания термоядерных реакторов, то работы по ним ведутся ни шатко, ни валко, поскольку даже сами создатели понимают: новые установки на первых порах будут ничуть не "чище" современных ядерных котлов, а стало быть, и отношение к ним будет соответствующее. Стало быть, надо ждать дальнейшего развития нетрадиционных источников энергии. Но каких именно? Ветровые, геотермальные и приливные электростанции имеет смысл строить лишь в определенных, не столь уж многочисленных регионах страны. Для солнечных же электростанций, учитывая северное расположение основных территорий России, характерна низкая плотность энергии (в среднем за год не более 100 Вт/ кв.м.) и высокая неравномерность, вплоть до полного отсутствия, солнечного света зимою в Заполярье. Поэтому, уж если использовать даровую энергию нашего светила, то станции надо строить прямо на околоземной орбите, где Солнце светит круглые сутки, причем плотность его энергии почти в 15 раз выше, чем на поверхности планеты. Сама по себе идея создания орбитальных станций - не бог весть какая новость; она муссируется в специальной и научнопопулярной литературе уже лет тридцать. Во всяком случае, первую работу на эту тему наш соотечественник П.А.Варваров опубликовал еще в 1960 году, а его коллега П.Глейзер из США - в 1968 году. Отметим вкратце основные достоинства и недостатки подобного способа получения энергии. Несомненным достоинством идеи, как уже говорилось, является наличие такого "бесплатного" источника, как наше светило. Однако, чтобы преобразовать солнечный свет в электричество, переправить энергию на поверхность планеты, человечество должно затратить определенные усилия. Необходимо доставить на орбиту и развернуть там огромные конструкции солнечных элементов - как говорят предварительные расчеты, речь здесь идет о площадях 100х100 км и более. Кроме того, ныне существующие преобразователи солнечной энергии имеют довольно низкий КПД, но солидную массу. Так ныне в основном используются батареи, имеющие отношение массы к вырабатываемой энергии порядка 100 кг/кВт, когда необходимо иметь хотя бы на два порядка поменьше. Подобные конструкции на основе аморфного кремния, могущие давать 1 кг/кВт, разрабатываются ныне в лабораториях США и Японии. Если браться за создание солнечных электростанций сегодня, то придется переправлять на орбиту огромные массы грузов - десятки тысяч тонн в год. Ни одноразовые носители типа современных ракет, включая наиболее совершенные "Протоны", "Зениты", "Энергии" и "Сатурны", ни многоразовые типа "Шаттлов" и "Буранов" с такой задачей не справятся. Нужно создавать новые, многоразовые носители одноступенчатого типа, которые могли бы базироваться на обычных аэродромах. Не решена до конца и проблема переброски полученной энергии из космоса на Землю. Правда, еще в 1965 году был произведен такой эксперимент. Между двумя горными вершинами было передано по воздуху с помощью СВЧ-излучения около 30 кВт. Этого оказалось вполне достаточно, чтобы зажечь гирлянду электролампочек и раскрутить несколько электромоторов. К концу XXI столетия, как обещают американские инженеры, таким способом можно будет передавать до 100 тераватт (1 тВтЧО Вт)! Таковы на сегодняшний день идеи и предположения. Ну а каковы будут предложения? По свидетельству авторов нынешнего проекта, начиная с 60-х годов произошло по крайней мере пять революций в сознании разработчиков. Вопервых, люди поняли, что нельзя насиловать старушку Землю до бесконечности - подорванная экология погубит нас всех вернее вселенского потопа. Так что волей-неволей надо переносить наиболее "грязные" производства за пределы планеты. Во-вторых, инженеры и ученые сообразили, что не надо возить с Земли на орбиту какие-то грузы все время - гораздо экономичнее и выгоднее использовать местные околопланетные ресурсы. В-третьих, зачем создавать строительную оазу в пустоте, когда есть Луна разместить необходимое оборудование на естественном спутнике Земли куда удобнее, быстрее и безопаснее. В-четвертых, сам лунный грунт можно использовать в качестве топлива. В-пятых, современная технологическая база уже достаточно совершенна, чтобы можно было ставить перед ней подобные задачи и надеяться, что они будут решены в обозримом будущем. Так выглядят суждения разработчиков в самом конспективном изложении. Теперь давайте рассмотрим их более подробно. Если предположить, что в скором времени значительная часть общего энергопотребления планеты будет обеспечиваться околоземными солнечными станциями, то их масса должна составить 20-100 млн.т. Так говорят расчеты. Они же показывают: чтобы развернуть подобную систему за ближайшие 30 лет, потребный грузопоток должен составлять от 1 до 5 млн.т грузов в год - на три порядка больше, чем могут обеспечить нынешние штатные ракеты-носители всех "космических" стран, вместе взятых. Кроме того, осуществление подобной программы потребует развертывания на Земле массового производства кремниевых элементов, а это весьма вредное производство, как уже говорилось, может окончательно подорвать экологию планеты. Таковы соображения с одной стороны. С другой, анализ поверхностного слоя лунного грунта, доставленного беспилотными космическими аппаратами типа "Луна" и пилотируемыми экспедициями "Аполлонов", выявил наличие в нем всех важнейших элементов, необходимых как для создания самой солнечной электростанции, так и для использования в качестве топлива для двигательных установок межорбитальных буксиров. Достаточно в лунном грунте и кислорода, столь необходимого для работы систем жизнеобеспечения. В связи с этим в настоящее время рассматриваются как минимум три варианта энергоснабжения Земли из космоса к середине XXI века. Вариант первый предусматривает развертывание сотен сравнительно небольших солнечных электростанций мощностью до 10 гигаватт на геостационарной орбите. На Луну в таком случае доставляются только горнодобывающее оборудование и комплекс для переработки лунного грунта. Изготовленные на Луне элементы затем транспортируются на орбиту с помощью многоразовых буксиров, работающих на топливе, также вырабатываемом из лунного грунта. В таком случае суммарная масса всех лунных ракет будет примерно в 35 раз меньше суммарной массы ракет-носителей наземного оазирования. Разработка по второму варианту такова: на поверхности Луны строятся крупногабаритные энергоизлучающие СВЧстанции с питанием фазированных антенных решеток от фотоэлектрических преобразователей. Мощность единичного комплекса при этом будет составлять до 1 гигаватта, а габариты приемных антенн могут достигать 100 км. Потребуется также дополнительное оборудование - отражатели солнечных лучей на окололунных орбитах и СВЧ-отражатели на околоземных. Только с их помощью удастся передавать энергию в любой район Земли в нужное время суток. Зато при сооружении такой системы не понадобится переправлять большое количество грузов с Луны на околоземную орбиту. Впрочем, и по этому варианту масштабы работ предстоят немалые. Для развертывания комплексов суммарной мощностью 10 тераватт потребуется в течение 30 лет переработать около 300 млн.т грунта на Луне и создать около 200 млн.т конструкций на орбитах обоих небесных тел. Определенным достоинством данного варианта является принципиальная возможность передачи энергии с Луны узкоприцельными пучками за счет большой апертуры передающих антенн. Наконец, третий вариант прогнозирует строительство на Луне промышленного комплекса по добыче гелия-З. Его затем можно либо переправлять на Землю с целью обеспечения работы термоядерных электростанций с экологически чистым циклом, либо поставить подобные реакторы тут же на Луне, а на Землю переправлять уже полученную энергию. Такой вариант в дополнение ко второму выгоден еще и тем, что при производстве гелия-З попутно получится огромное количество водорода, воды, метана, азота и других веществ, которые с успехом могут быть использованы для жизнеобеспечения обитателей лунной колонии. Заодно данная технология может дать около 4 млн.т титана для производства конструкций, как на Луне, так и в космосе. Понятное дело, столь огромный объем работ невозможно выполнить быстро даже и при широком международном сотрудничестве. Поэтому разработчики разбивают весь проект на несколько этапов, осуществление которых можно вести по очереди. Закончив поисково-исследовательские работы, проектанты в 2000-2015 годах предлагают развернуть системы освещения, энерго- и теплоснабжения отдельных районов Земли из космоса, а также создать транспортную космическую инфраструктуру для обслуживания маршрута Земля-Луна-Земля и первого поселения на Луне со сменным экипажем численностью 10 человек. В рамках первого этапа предполагается также создать две низкоорбитальные солнечные станции мегаваттной мощности. Расчеты показывают, что такая система сможет обеспечить энергией некоторые районы Заполярья, Сибири, Камчатки, а также снабдит электричеством большое количество маломощных потребителей - маяков, метеостанций, буев, на которых в настоящее время используются небезопасные радиоизотопные источники. Далее, в период с 2015 по 2030 год будет создана и расширена система ночного освещения, причем таким образом, чтобы в случае необходимости его можно было распространить на районы стихийного бедствия, где в этот момент нарушена основная система энергоснабжения. В это время, наверное, будут проведены и испытания первых самолетов, которые станут получать энергию непосредственно из космоса, а стало быть, отпадет необходимость возить запасы топлива с собой. Первые опыты по использованию таких систем уже сделаны в наши дни в Канаде и США. На этом же этапе предусматривается расширение лунной базы; ее население возрастет впятеро. Наконец, после 2030 года возможно превращение лунной базы в настоящее поселение, в котором смогут жить не менее 200 человек. С их помощью будет создана космическая инфраструктура, которая полностью обеспечит все энергетические запросы землян.
