Лунная колония должна быть подземной

7 654 просмотра
Об авторе

Луна

Самые холодные места на Земле и рядом не стоят близко к температуре лунной ночи — и создать базу, которая будет способна оградить поселенцев от такой температуры, очень нелегко. В течение многих десятилетий мысли о колонизации Луны волновали ученых и дальновидных людей. На экранах телевизоров и мониторов появлялись самые разные концепции лунных колоний.

Возможно, лунная колония будет следующим логичным шагом для человечества. Это наш ближайший сосед по звездам, который находится в каких-то 383 000 километрах от нас, что упрощает поддержку ресурсами. Кроме того, на Луне в избытке гелия-3, идеального топлива для термоядерных реакторов, которого на Земле очень мало.

Маршрут для постоянной лунной колонии теоретически набрасывали разные космические программы. Китай выразил заинтересованность в размещении базы на обратной стороне Луны. В октябре 2015 года стало известно, что Европейское космическое агентство и Роскосмос планируют ряд миссий к Луне, чтобы оценить возможности для размещения постоянных поселений.

Луна

Тем не менее у нашего спутника есть ряд проблем. Один оборот Луна совершает за 28 земных дней, а лунная ночь длится 354 часа — больше 14 земных дней. Длинный ночной цикл означает существенный спад температур. Температура на экваторе варьируется от 116 градусов по Цельсию днем до -173 градусов ночью.

Лунная ночь будет короче, если разместить базу на Северном или Южном полюсе. «Есть много причин строить такую базу на полюсах, но необходимо учитывать и другие факторы, помимо часов солнечного света», говорит Эдмонд Троллоп, инженер по космическим операциям в Telespazio VEGA Deutschland. Как и на Земле, на полюсах может быть очень холодно.

На лунных полюсах Солнце будет перемещаться вдоль горизонта, а не по небу, поэтому придется выстраивать боковые панели (в форме стен), что усложнит строительство. Большая плоская база на экваторе собирала бы много тепла, но чтобы добраться до тепла на полюсе, придется строить вверх, а это непросто. «При разумно выбранном месте, разницу температур можно будет с легкостью контролировать», говорит Волкер Майвальд, ученый Немецкого аэрокосмического центра DLR.

Широкая вариативность температур в цикле дня и ночи означает, что придется обеспечивать лунные базы не только достаточной изоляцией от леденящего холода и жгучей жары, но и справляться с термическими напряжениями и тепловым расширением.

Тепловая защита

Первые роботизированные миссии на Луну, вроде советских миссий «Луна», были спроектированы прожить один лунный день (две земных недели). Посадочные модули миссий NASA Surveyor могли возобновить работу на следующий лунный день. Но урон, нанесенный компонентам во время ночи, зачастую не позволял получить научные данные.

Луноходы советской космической программы с одноименным названием, которая проводилась в конце 60–70-х годов, включала элементы радиоактивного нагрева с хитроумной системой вентиляции, что позволило аппаратам прожить до 11 месяцев. Луноходы впадали в спячку ночью и запускались с солнцем, когда становилась доступна солнечная энергия.

Луна

Один из вариантов избежать высоких тепловых колебаний — закопать здание в лунный реголит. Этот порошкообразный материал, который покрывает поверхность Луны, имеет низкую теплопроводность и высокую устойчивость к солнечной радиации. Это значит, что он обладает сильными теплоизолирующими качествами, и чем глубже колония, тем выше тепловая защита. Кроме того, поскольку база будет нагреваться, а тепло на Луне передается плохо из-за отсутствия атмосферы, это снизит дальнейшее термическое напряжение.

Тем не менее, хотя идея «закопать» колонию, в принципе, была принята успешно, на практике это будет невероятно сложной задачей. «Я пока не видел проекта, который мог бы с этим совладать, — говорит Волкер. — Предполагают, это будут роботизированные строительные машины, которыми можно будет управлять удаленно».

Врезать или накрыть?

Другой метод, с помощью которого можно было достичь нужного результата, лежит в самой земле. Пенетраторы, способные пробить поверхность в процессе удара, уже предлагались (но в меньших масштабах) для нескольких лунных миссий, вроде японской Lunar-A и британского MoonLite (в настоящее время проект отложен, хотя идея посадки с проникновением была настолько убедительной, что ЕКА решило использовать ее для механизма быстрой доставки образцов для анализа с поверхности и подповерхности планеты или луны). Преимущество этой концепции в том, что база зарывается при столкновении, а значит подвергнется относительно умеренным термическим условиям прежде, чем будет защищена.

Тем не менее останется проблема с обеспечением энергией, поскольку типичный проект с проникновением предлагает лишь очень ограниченные возможности по использованию солнечной энергии. Есть также проблемы нагрузок высокого ускорения при столкновении и высокой точности, необходимая для наведения. «Силу столкновения, необходимую для зарывания структуры, будет очень трудно согласовать с необходимыми функциями пилотируемой базы», говорит Троллоп.

Луна

Альтернативой такому решению будет насыпать лунный реголит сверху на колонию, возможно, используя машины типа гидравлических экскаваторов. Но чтобы сделать это эффективно, придется работать быстро.

Если лунный реголит не получится насыпать на колонию, тогда над ней можно развернуть «шляпу» многослойной изоляции (MLI), которая предотвратит рассеивание тепла. Теплоизоляционные материалы MLI широко используются на космических аппаратах, защищая их от холода космоса.

Преимущество такого метода в том, что он позволяет использовать массивы солнечных батарей для сбора и хранения энергии в течение двухнедельного лунного дня. Но если будет собрано недостаточно энергии, придется учитывать и альтернативные методы генерации энергии.

Луна

Термоэлектрические генераторы могли бы обеспечивать колонию энергией в течение ночного цикла: при своей низкой эффективности они, впрочем, не имеют проблем с обслуживанием, поскольку не имеют движущихся частей. Радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ) предлагают большую эффективность и имеют очень компактный источник топлива. Но базу придется экранировать от радиации, при этом позволив ей передавать тепло. Логистика установки генератора со съемным радиоактивным изотопом кишит проблемами: риски будут на всем пути, от взлета с Земли до посадки на Луну, наряду с проблемами политики и безопасности.

Можно было бы использовать и реакторы ядерного деления, но с ними будет еще больше проблем, включая перечисленные выше.

А если будут разработаны термоядерные реакторы, их тоже можно будет использовать на Луне, учитывая избыток гелия-3. Также могут пригодиться батареи — вроде литий-ионных — при условии достаточной генерации солнечной энергии за две недели ночного цикла.

Есть идея обеспечить энергией станцию на поверхности во время ночного цикла с помощью орбитального спутника, который будет передавать энергию через микроволны или лазер. Исследование этой идеи проводилось 10 лет назад. В ходе исследования выяснилось, что для большой лунной базы, требующей сотни киловатт энергии, поставляемой с орбиты 50-киловаттным лазером, ректенна (тип антенны, которая конвертирует электромагнитную энергию в прямой электрический ток) будет 400 метров в диаметре, а на спутнике — 5 квадратных километров солнечных батарей. На Международной космической станции порядка 3,3 кв. км солнечных панелей.

Несмотря на значительные трудности в строительстве колонии, которая должна будет противостоять суровому ночному лунному циклу, они не являются непреодолимыми. При соответствующей тепловой защите и соответствующей системе выработки энергии во время длинной двухнедельной ночи, мы можем получить лунную колонию уже в ближайшие двадцать лет. И тогда сможем обратить свой взор подальше.

Лунная колония должна быть подземной

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

19 комментариев

  1. Garfeeld

    статью просмотрел по диагонали, грешен.
    однако, для меня не является самоочевидным строение исключительно подземной колонии. во первых, даже существующие материалы прекрасно справляются с куда большим колебанием температур, чем способна припугнуть нас луна. во вторых, обитание на поверхности имеет ряд неоспоримых преимуществ (солнечная энергетика, транспортная система, коммуникации, научная деятельность) и не несет ряд критических минусов, которые обязательно возникнут при закапывании в реголит (да хотя-бы катастрофическое запыление лунной разряженной атмосферы, что при наличии низкой гравитации перечеркнет все выше упомянутые плюсы).
    так-что будущим колонистам придется соблюсти балланс между риском жить на поверхности в надувных конструкциях. по сути палатках, которые можно развернуть/свернуть буквально. за день-два и постоянно мигрировать. или выстроить мощные, стационарные, литые, дорогие конструкции, которые постепенно и постоянно будут сами погружаться в лунный грунт.
    еще можно найти лавовые трубки или глубокие метиоритные кратеры и накрыть их куполами. многослойными и из, ну скажем, криптонита, что-бы точно не пробил шальной метеор. но с пылевыми морями все-равно надо будет что-то делать. её нельзя подымать в воздух. и в ней все будет тонуть. лунную колонию скорее стоит рассматривать как морскую. частично на поверхности, частично затопленная.
    зы: из неочевидного, думаю, самой массовой причиной смерти в будущей лунной колонии будут вовсе не метеоритная атака, радиационное отравление или ограниченность ресурсов (в том числе воздуха, воды и еды), а именно утопление в лунных пылевых морях. будут тонуть и люди и машины и целые космические корабли.
    и когда-нибудь, археологи или искатели приключений из далекого будущего будут мародерствовать на пылевых кладбищах лунных морей.

    • snow1eopard

      Космическая радиация сожрет астранавтов на поверхности за пару недель. Любая вспышка X класса на солнце зажарит моментом, при этом радиация успеет быстрее чем спутники soho предупредят о ее приближении, ибо радиация движется с той же скоростью света, что и радиоволны.
      Поэтому любые работы на поверхности - это 100% получение смертельных доз радиации и возможность зажарится от солнца в любую секунду.

      • Garfeeld

        и как только выжили янки, скачущие по луне, ума не приложу.
        или вы из тех, кто уверен, что лунная программа снималась в голливуде?

        • flocken

          за пару недель, радиация, конечно не сожрет, но в случае лунной базы срок пребывания на луне будет значительно больше, чем у всех пилотируемых миссий Апполон, вместе взятых. До сегодняшнего дня полеты людей на Луну длились максимум 12 дней (вместе с перелетом). При строительстве стационарной базы и после этого сроки будут сравнимы с полетами на МКС. Т.е. исчисляться скорее месяцами, чем днями.
          Поэтому и риски становятся существенней, чисто статитстически. Вопрос защиты надо будет так или иначе решать. Либо хитроумной антирадиационной защитой (предположительно весьма толстой), либо закапыванием. Будут делать оценки стоимости и на основании этого выбирать способ. Пока закапывание мне кажется более дешевым способом.
          Лавовые трубки, безусловно - неплохой вариант. Т.е. проживание и обработка научных результатов людьми - под землей. На поверхность бы выходили работать, поскольку солнечные батареи там, исследования, транспорт и прочее.

          Пыль неприятна, да, хотя и против пыли есть варианты, например вот этот: http://selena-luna.ru/lunnaya-pyl/sredstvo-protiv-lunnoj-pyli

      • Garfeeld
  2. Alexx

    На МКС не 3,3 км2 солнечных панелей (тот, кто это писал, вообще представляет себе поле 1х3 км?), а 2400 м2.

  3. snow1eopard

    Мне кажется если уж делать базу, то тупо глубинной бомбой, не хватит одной, бабахнуть парочкой, получится такой себе не плохой кратер с вполне отвесными стенами, потом туда же выстрелить коробкой, которая врежетс в центр воронки, а дальше тупо насыпать сверху регалитом, бульдозерами-роботами. Что там сложного, хз, по мне так все очень просто. Единственно, это то что с глубиной может менятся состав и плотность грунта, т.е. для начала в другом месте (недалеко от нужного) потренироваться и приступать к основному. Копать ничего не надо будет, а если и надо будет, вниз базы прихреначить конструкцию способную выгребать снизу грунт и перемещать на крушу.

    • Garfeeld

      лунный реголит (пыль) по свойствам мало отличима от воды.
      смысл бахать бомбами, если это всё "зальётся" назад?
      да еще и засрется атмосфера на долгие месяцы (этого как раз и надо избежать).
      если уж очень хочется закопаться, погружаем в реголит сложную технику, которая, на желанной глубине, будет плавить породу и надувать полученную бяку как пузырь и формировать из нее стенки будущей базы.
      правда, учитывая состав реголита (в основном базальт) и его температуру плавления (1,1к-1,5к цельсия), имея такую технику куда больше смысла забраться под скальный козырёк, выдуть оттуда всю пыль и создать базу именно в толще скальной породы.

      • Putnik053

        лунный реголит (пыль),- а если использовать его для приготовления строительного раствора? и строить из него лунные поселения. Понятное дело, что пыли супер много... .

        • Garfeeld

          наверное можно, раз в науч-поп сообществе эта идея обсуждается не первый год, но есть ряд минусов.на пример, как калибровать (основная масса частиц имеет размер 0,03—1 мм) и фильтровать (http://n1l3m.narod.ru/galaktika/nkk/02.htm) реголит?
          как добиться равномерного распределения в будущем лунном бетоне тяжелых металлов, радиоактивных элементов и биологически-активных компонентов?
          конечно, можно наплевать на потенциальные последствия, это как раз в нашем духе, но скорей всего базу будут строить буржуи, которые заботятся о своем здоровье и безопасности. и вот думаю они, проклятые, не захотят рисковать. исключительно из русофобских соображений.

  4. Den11184

    Очередной распил бюджетов...., лучше бы асфальт в городах и на трассах России качественный положили....(ну не буду о плохом)
    Полеты в космос это красиво, а перед сном романтично!)) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Garfeeld

      а какое отношение к лунной программе имеет эта ваша раша и отсутствие асфальта на улицах её городов?

    • Sceptic

      причем тут русская африка и ее дороги, когда на луну будут лететь и строить еу/сша ?

  5. Carlos

    Я читал что в космосе если снять шлем, то ты не замерзнешь, т.к. там нет среды чтоб отнять твое тепло. Ты перегреешься. Космос не холодный и не горячий, он никакой. Но в нем есть холодные тела о которые можно обморозиться если их задеть.
    Дак вот че я думаю. Если базу построить на теплоизоляции от грунта, то она будет всегда теплая пока внутри есть маломальский источник тепла. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

    • Garfeeld

      конечно не замерзнешь, ты взорвешься.
      из-за разницы давления внутри твоего тела и окружающей среды (вернее, его отсутствия).
      и даже если вдруг(!), предположить, что с давлением там все чики-пики, то полученные радиационные ожоги (и заражение) будут такими, что пожалеешь, что не сдох сразу, взорвавшись.
      ибо смерть от лучевой болезни то еще удовольствие.
      идею твою я не понимаю. вернее профит от нее. кто сказал, что лунарям понадобится тепло? двухнедельный день с температурой +117 градусов по цельсии способно обеспечить любое лунное поселение энергией более чем достаточной для того, что бы пережить лунную ночь дискотекой и прожекторами, еще и на запуск коллайдера останется.

  6. botancik

    )))) на словах лев толстой вот на яву..... там писец будет и с подкопами))) и техникой )))) а с гравитацией ты и копнуть не копнешь)))
    не думаю не так все как кажется..... вдумайся (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.