Дальние горизонты: Как далеко готов зайти человек?

Это происходило в самый разгар «холодной войны», и для американцев 4 октября 1957 года, день, когда в космосе появился первый советский искусственный спутник Земли, стал не только чувствительным щелчком по носу, но и энергичным пинком под зад. Между двумя державами завязалось состязание, которое потом станет известно как «космическая гонка». Вслед за крошечными орбитальными аппаратами, способными нести только радиопередатчик, на орбитах появились космические корабли, внутри которых сидели космонавты. Прошло чуть больше десяти лет — и в лунной пыли отпечатались первые следы земных пришельцев.

Однако после нескольких успешных лунных экспедиций весь энтузиазм вдруг куда-то улетучился. Последние 35 лет все пилотируемые полеты ограничивались лишь близкими околоземными орбитами. «Отчасти дело объясняется тем, что в глобальной перспективе проект Apollo оказался преждевременным, — поясняет астронавт Базз Олдрин, участвовавший в экспедиции Apollo 11. — Этот отчаянный рывок стимулировался искусственно, с одной лишь целью — обставить русских в космической гонке».

Теперь, когда «холодная война» давно позади, а сотрудничество США и России в космосе стало повседневной практикой, снова пришло время для честолюбивых, дерзких планов. Это, во-первых, появление частных космических кораблей, во-вторых, развертывание лунной базы и, наконец, дальняя дорога к Марсу. Столь дерзкие претензии влекут за собой и много серьезных вопросов. Каким должно быть правильное соотношение между пилотируемыми полетами и беспилотными экспедициями? Не окажется ли дальний космический перелет слишком опасным для того, чтобы в нем участвовали живые люди? И вообще, стоит ли овчинка выделки?

Давайте же попробуем восстановить в памяти события прошедших 50 лет, первый этап космических исследований, и попытаемся заглянуть на 50 лет вперед. В ходе грядущих десятилетий, то есть еще при жизни большинства наших нынешних читателей, человек разумный из существа, обреченного ползать по земной поверхности, должен окончательно превратиться в отважного покорителя космических пространств.

Томас Джонс, бывший астронавт NASA, объясняет, каково придется колонистам на будущей лунной базе.

Когда-то Улисс С. Грант (который позднее стал президентом США), рассказывая о своей полуразвалившейся ферме где-то на Миссури (тогда, еще до гражданской войны, эти места были самым настоящим «диким Западом»), высказался просто: «Жизнь там — не сахар». Транспарант с этими золотыми словами можно было бы повесить над въездом на лунную базу, которую собирается построить NASA. Вряд ли будущие поселенцы сочтут свою жизнь очень уж сладкой. Сам вопрос выживания будет решаться их способностью избегать встреч с микрометеоритами, добывать кислород из скальной породы, а может быть, и умением выращивать зерновые.

В декабре американское космическое агентство NASA объявило, что его цель — возвращение на Луну. Теперь решено не повторять многократные высадки в случайных местах, как это делали экспедиции Apollo, а сразу развернуть одну общую базу. При использовании нового космического корабля Orion, способного нести целую команду астронавтов, NASA планирует уже в 2020 году высадить на Луну бригаду из четырех человек. В дальнейшем такие бригады, состоящие из четырех человек, должны будут работать вахтовым методом, сменяя друг друга каждые шесть месяцев. Их целью будет обживание новой территории, развертывание научных исследований и подготовка к броску на Марс.

Именно на Луне, как считают в NASA, астронавты должны натереть свои первые мозоли. «Лунная база, и это принципиально, является всего лишь первым этапом глобального плана, который видится как длинная лестница из множества ступеней, — так говорит Уэнделл Менделл, руководитель отдела лунных и планетных исследований в Космическом центре Джонсона. — Человечество как биологический вид должно постепенно завоевывать Солнечную систему».

С 1969 по 1972 год в ходе экспедиций программы Apollo из соображений экономии горючего для посадки выбирали территории поблизости от лунного экватора. На этот раз NASA предпочитает лунные полюса — для этого имеются как прагматические, так и научные причины. Во-первых, в приполярных зонах косые солнечные лучи поддерживают умеренные температуры, колеблющиеся от -30 до -500С. Сравните это, например, с экваториальными температурами, достигающими +1300С.

Однако самое главное преимущество полярных зон — доступ к ресурсам. К примеру, поблизости от южного полюса некоторые высокие гребни вокруг кратеров практически все время залиты солнечным светом. Если установленные на таких гребнях солнечные батареи постоянно поворачивать вслед за Солнцем, они будут давать электроэнергию почти непрерывно, а краткие периоды темноты можно будет компенсировать за счет зарядки буферных аккумуляторов.

Еще более ценные ресурсы могут прятаться в глубинах кратеров. Основываясь на данных, полученных некоторыми космическими экспедициями, можно надеяться, что там скрыты сотни миллионов тонн воды в форме вечных льдов. Эти запасы должны были накопиться за миллиарды лет в результате происходивших от случая к случаю столкновений с кометами. Используя обычный электрический нагреватель, роботы-шахтеры могли бы добывать воду для питья и использования в сельском хозяйстве. С помощью электролиза воду можно разлагать на кислород, необходимый для дыхания, и водород, пригодный для использования в качестве горючего при грузовых рейсах «Луна-Земля».

Ближе к концу будущего года планируется запустить на окололунную орбиту специальный аппарат-разведчик Lunar Reconnaissance Orbiter для поисков следов льда, который может находиться под лунной поверхностью. В начале 2009 года будет запущен еще один аппарат — Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (Спутник для наблюдения и зондирования лунных кратеров). В ходе этого эксперимента зонд должен врезаться в один из лунных полюсов, а поднявшийся в результате удара фонтан осколков будет исследован на предмет наличия в нем воды и других химических веществ.

Если же Луна окажется абсолютно сухой (а такой вывод можно сделать на основании данных, полученных с наземных радаров), кислород можно будет добывать и прямо из лунных вулканических пород. Если, скажем, доставленным с Земли водородом восстановить ильменит (титанистый железняк) при температуре около 9000С, мы получим железо, двуокись титана и воду. Располагая в достаточных количествах тепловой и электрической энергией, из скальной породы можно также добывать и кислород. Лоуренс Тэйлор, директор Института космической геологии в Университете штата Теннесси, разрабатывает своеобразный «магнитный пылесос», который должен собирать лунную пыль. Далее с помощью грузовиков или трубопроводов эта пыль должна поступать на заводы по выделению кислорода.

На первых порах энергия для подобного производства будет поступать от небольших и легких солнечных батарей. В дальнейшем может потребоваться и компактный ядерный реактор, который безопасности ради можно было бы спрятать в одном из неглубоких кратеров.

Помимо практических удобств, южный полюс весьма привлекателен и в научном плане. Сама точка полюса приходится на бассейн «Южный полюс — Эйткен», самый крупный (из известных на данный момент) ударный кратер во всей Солнечной системе. Этот котлован глубиной 12 км и диаметром около 2500 км, образовавшийся при ударе гигантского астероида или кометы, должен хранить на своем дне остатки материковой породы, выброшенной из скрытых под лунной корой глубин. Майк Дьюк, бывший исследователь NASA, высказал предположение, что там можно будет найти пирогенные породы, возникшие при ударе. Исследование этих камней поможет ученым лучше понять историю Луны.

Будущим обитателям Луны нужно будет противостоять множеству напастей, которые непрерывно сыплются на беззащитную, израненную поверхность спутника нашей планеты. Прибыв на Луну, команда колонистов выгрузит герметические жилые модули, в которых должно поддерживаться нормальное атмосферное давление. Возможно, эти модули будут напоминать жилой модуль Международной космической станции. А может быть, жилые помещения будут надувными, изготовленными из прочной ткани наподобие кевлара. Для защиты от космического излучения и микрометеоритов первопроходцам стоило бы прятать свои жилища в траншеях или присыпать их лунным грунтом, сооружая своего рода землянки. Поскольку у Луны, в отличие от Земли или Марса, нет ни атмосферы, ни магнитного поля, колонистов ничто не сможет защитить от смертельного протонного дождя, который поливает Луну при солнечных вспышках, — так что время от времени они будут вынуждены прятаться в своих убежищах. Было бы очень здорово, если бы удалось найти какую-нибудь достаточно просторную пещеру для размещения всего жилищного хозяйства.

Для исследования лунной поверхности потребуется более добротный скафандр, чем те, в которых астронавты работали в 2001 году, монтируя на орбите МКС. Тот костюмчик немножко жал в талии, так что вряд ли в нем было бы удобно ходить или наклоняться. Стеклопластиковая бочка вместо туловища с громоздким ранцем жизнеобеспечения была вдобавок непомерно тяжелой. Старые скафандры, оставшиеся от экспедиции Apollo, тоже ситуацию не спасут, работать в них — истинная мука. В талии и коленях они буквально «стоят колом», так что даже просто нагнуться за лежащим на земле камушком в них почти невозможно.

Дин Эпплер, старший научный сотрудник компании Science Applications International в Хьюстоне, провел многие сотни часов в прототипах скафандров, стараясь выявить и исправить слабые места этих конструкций. «Работы над лунным скафандром еще не закончены, — говорит Эпплер, — но уже сейчас видно, что по сравнению с костюмами программы Apollo новый костюм будет более гибким, лучше приспособленным для ходьбы, наклонов, манипуляций с лежащими на земле предметами. Движения в нем будут более естественными». Более легкое электронное оборудование и усовершенствованные системы жизнеобеспечения позволят ограничить массу всего костюма 70−90 кг (при лунной гравитации это будет аналогично земной нагрузке в 10−15 кг).

Будущим исследователям потребуется также усовершенствованная модель лунохода, такая, чтобы до полной разрядки его серебряно-цинковых батарей пара астронавтов смогла бы на нем проехать хотя бы километров шестьдесят. На новом луноходе можно будет использовать перезаряжаемые от Солнца батареи или же водородно-кислородные топливные элементы.

И скафандры, и механизмы будут функционировать в окружении лунной пыли — эта агрессивная среда, состоящая из твердых частиц с острыми гранями, просто гибельна для всех сальников, уплотнений и подшипников. Для того чтобы пыль не просочилась внутрь самых важных механизмов, инженеры предполагают использовать различные фильтры и другие изощренные средства защиты. Тэйлор занимается также разработкой устройства, которое с помощью микроволнового воздействия могло бы превращать пыльный лунный грунт в твердое покрытие дорог и посадочных площадок.

Транспортные рейсы между Землей и Луной — предприятие весьма дорогостоящее, так что лунным колонистам нужно стремиться к предельно эффективной утилизации всех отходов. Для того чтобы жидкие отходы, включая и мочу, можно было снова превратить в питьевую воду, разработаны новые очистные устройства, которые сначала пройдут испытание на международной станции МКС. Двуокись углерода будет улавливаться с помощью поглотителей.

Самые серьезные ставки делаются на использование лунных теплиц и оранжерей. На космической станции уже пробовали в качестве эксперимента выращивать растения, но никогда — в масштабах, позволяющих получать ощутимые количества кислорода или пищи. Стабильное умеренное освещение, характерное для лунных полюсов, было бы идеальным для выращивания растений в оранжерейных условиях. Крис Браун, профессор ботаники из Университета Северной Каролины, руководит целой группой практиков, которые отрабатывают удобные для лунных условий способы выращивания картофеля, сои и зерновых.

«Жизнь на Земле неразрывно связана с растениями и фотосинтезом, — говорит Браун. — Подобная же система предоставит нам средства для колонизации других миров». Ярко освещенная оранжерея, построенная в Антарктиде на американской станции Амундсен-Скотт, — любимое место для тех, кому доводится зимовать неподалеку от Южного полюса. Во время шестимесячной полярной ночи она дает влажный воздух, свежую пищу и отдохновение для глаз. Подобная оранжерея плюс, разумеется, радио- и видеосвязь с Землей должны послужить психологической опорой для лунных колонистов, живущих в сотнях тысяч километров от дома.

Конгресс одобрил планы NASA по освоению Луны, однако денег на этот проект выделил столько, что он вряд ли быстро сдвинется с места. На первом плане пока космическая станция и корабль Orion, так что вопросы строительства лунной колонии, космические оранжереи, ядерные электростанции, модернизированные системы жизнеобеспечения, лунные вездеходы, прототипы новой робототехники — все это остается в тени. Никто не гарантирует, что и в будущем конгресс одобрит узловые проекты NASA — тяжелый грузовой корабль Ares и лунный модуль для корабля Orion.

Похоже, все упирается именно в деньги. «Мы уже знаем, как нужно вести исследования на Луне, — говорит геолог Харрисон Х. Шмит, участник экспедиции Apollo 17. — Сейчас мы гораздо лучше подготовлены к этому пути, чем путешественники прошлого, осваивавшие неведомые земли. Нам просто необходимо вернуться на Луну».

Об отправке на Марс пилотируемой миссии читайте на сайте специального проекта журнала: «Наш Марс».