Перспективы освоения Луны в XXI веке. Часть 1

Вс, 09/08/2013 - 19:00

Лунный вездеход миссии Аполлон 15

Отлетная ступень (EDS) Ares-V, состыкованная с модулем Orion (концепция)

Схема ракеты-носителя Ares-I

Схема ракеты-носителя Ares-V

На Луне имеются разнообразные полезные неорганические ископаемые, в том числе и ценные для промышленности металлы — железо, алюминий, титан. Кроме этого, в поверхностном слое лунного грунта, реголите, накоплен редкий на Земле изотоп гелий-3, который может использоваться в качестве топлива для перспективных термоядерных реакторов.

Стоимость этого изотопа составляет около миллиона долларов за килограмм, а на Луне его по минимальным оценкам 500 тысяч тонн, в то время как на Земле запасы гелия-3 оцениваются всего лишь в 500-1000 килограмм. При «сжигании» одного килограмма гелия-3 в термоядерных реакторах выделяется огромное количество энергии — 19 мегаватт. Таким количеством электроэнергии можно освещать такой мегаполис, как Москва, в течение шести с лишним лет. А чтобы обеспечивать энергией все население Земли в течение года, по подсчетам ученых российского Института геохимии и аналитической химии имени Вернадского, необходимо всего около 30 тонн гелия-3. Кроме того, при использовании гелия-3 не возникает долгоживущих радиоактивных отходов, и проблема их захоронения, так остро стоящая при эксплуатации реакторов на делении тяжелых ядер, отпадает сама собой.

Исходя из этих соображений, создание на Луне обитаемых станций, возможно, не только вопрос науки и государственного престижа, но и коммерческой выгоды.
Некоторые специалисты считают, что создание термоядерных реакторов на гелии-3 дело отдаленного будущего. Дело в том, что для зажигания термоядерной реакции дейтерий+гелий-3 необходимо нагреть изотопы до температуры в миллиард градусов и решить задачу удержания нагретой до такой температуры плазмы. Современный технологический уровень позволяет удержать плазму, нагретую лишь до нескольких сотен миллионов градусов в реакции дейтерий+тритий, при этом почти вся энергия, полученная в ходе термоядерной реакции, затрачивается на удержание плазмы.
Впрочем, ученые надеются, что после 60 лет исследований в области управляемого термоядерного синтеза такие реакторы могут быть построены в ближайшие 15–20 лет. А до того есть смысл разведать возможные запасы топлива для них.

Более реальным с их точки зрения является производство на Луне кислорода, металлургия, монтаж и запуск космических аппаратов, в том числе искусственных спутников, межпланетных станций и пилотируемых кораблей.

Глубокий вакуум и наличие мощного солнечного излучения открывают новые горизонты для электроники, литейного производства, металлообработки и материаловедения. Фактически условия для обработки металлов и создания микроэлектронных устройств на Земле менее благоприятны из-за большого количества свободного кислорода в атмосфере, невозможности достижения глубокого вакуума, что делает слишком дорогим получение сверхчистых сплавов и подложек микросхем в больших объемах.
Предварительные исследования по разработке космических технологий уже проведены. По теме «Экран» Институт физических проблем РАН в 1997-1998 годах выполнил разработку технологического оборудования для получения полупроводниковых пленок в условиях открытого космического пространства. Эти работы направлены на преодоление принципиальных ограничений традиционных вакуумных технологических процессов, проводящихся в наземных условиях. Для этого используются физические факторы открытого космического пространства, приводящие к предельно возможной скорости откачки всех компонентов газовой среды, включая инертные газы. Особенно яркий эффект дает использование «молекулярного экрана», с помощью которого, как показывают расчеты и результаты первых экспериментов, возможно получение такого разряжения газовой среды, которое не может быть в принципе достигнуто в наземных условиях. Работы по аналогичному американскому проекту были инициированы в 1989 году Центром эпитаксии в космическом вакууме (Университет г. Хьюстона). От лабораторных установок на околоземной орбите не так уж и далеко до лунной поверхности.

К перспективам производства материалов в космосе, или к космическому производству, известному как МПС (англ. MPS — Material Processing in Space), некоторые специалисты относятся слишком оптимистически, надеясь на быстрый успех и забывая о том, что надо научиться использовать состояние невесомости и безвоздушное космическое пространство. Во всем мире проявляется большой интерес к так называемой третьей промышленной революции — потенциально возможной (благодаря использованию космических условий) революции в производстве таких материалов, как фармацевтические препараты (по оценкам экспертов фирмы «Макдоннел Дуглас», стоимость изготовленных в космосе препаратов может составить около 23 млрд долларов), оптические стекла, материалы для электроники, керамика, магнитные материалы, а также в разработке соответствующего оборудования.

Еще на космических аппаратах «Аполлон-14, -16, -17» было выполнено несколько экспериментов в невесомости, включая плавку композиционных материалов, электрофорез (использование электрических полей для разделения жидких смесей) и изучение особенностей массопереноса в жидкости. Получены впечатляющие результаты: почти все эксперименты продемонстрировали, что в отсутствие действия силы тяжести качество материалов улучшается.

Наиболее простой космической продукцией являются кремниевые пластинки, выпиливаемые из монокристаллического цилиндрического образца, которые используют в качестве заготовок при изготовлении интегральных микросхем (чипов). Образцы вытягивают из расплавленного кремния способом, аналогичным тому, каким в прошлом вытягивали сальные свечи. Затем образец разрезают на тонкие пластинки диаметром 50, 75 или 100 мм. Пластинки полируют, на них наносят микросхемы и вырезают отдельные чипы. Но при каждой операции обработки инструментом образца кремния часть его теряется, много кремния отбраковывается из-за структурных и других несовершенств. Выход готовой продукции (чипов) составляет только 33% первоначальной массы кремния, и только 8% составляют товарную продукцию.

Специалисты фирмы «Макдоннел Дуглас» считают, что в космосе производство кремния будет более эффективным. Непрерывная лента толщиной 0,025 мм может быть вытянута из кремниевого слитка, расплавленного в солнечной печи. Считается, что при таком способе производства ленты будет использован весь кремний, а выход товарной продукции превысит 33%. По оценкам специалистов фирмы «ТРВ», если масса такой ленты составит лишь 10% требуемой по прогнозу на 1990 г., стоимость ее будет 440 млн. долларов в год. Объем производства годовой продукции может составить около 20 т, такое количество кремния можно доставить из космоса на Землю за два полета МТКК «Space Shuttle». Дополнительной товарной продукцией могут стать элементы для солнечных батарей спутников.

Ожидается, что волоконная оптика, которая в настоящее время используется для передачи сигналов и рассматривается как наиболее перспективный способ передачи информации, заменит медный провод и микроволновые линии. Но производимые на Земле волокна имеют трещины, обусловленные внутренними напряжениями, что ограничивает их применение. По оценкам специалистов фирмы «ТРВ», экономия при производстве оптического стекловолокна в космосе составит около 60 тысяч долларов США на каждый килограмм. По мнению специалистов фирмы «Сайенс аппликэйшн», в 2010 году стоимость этой продукции составит 69-690 миллионов долларов.

Некоторый утилитарный интерес также представляет выведение на Луну вредных и опасных производств. В настоящее время ведутся разработки методик промышленного получения металлов, водорода, кислорода и гелия-3 из реголита, ведется поиск возможных залежей водяного льда на Луне.

Луна, благодаря своим впечатляющим ландшафтам и экзотичности, выглядит как вероятный объект для космического туризма, который в настоящее время начинает развиваться и может привлечь значительное количество средств на ее освоение, способствовать популяризации космических путешествий, обеспечивать приток людей для освоения лунной поверхности. Космический туризм будет требовать определенных инфраструктурных решений. Развитие инфраструктуры, в свою очередь, будет способствовать более масштабному проникновению человечества на Луну.

Другие материалы рубрики


  • ...Также было обнаружено отсутствие у Марса магнитного поля, которое могло бы защитить планету от потенциально опасных для жизни космических лучей. Также было измерено атмосферное давление на Марсе — 0,6 кПа (по сравнению с 101,3 кПа на Земле), что означает невозможность существования на планете жидкой воды. После полученных «Маринером-4» данных было принято решение искать на Марсе одноклеточные организмы, так как для многоклеточных окружающая среда была слишком резка.
    И тогда все надежды были положены на миссию аппаратов «Викинг». Они содержали научные приборы для исследований как на участке спуска в атмосфере Марса, так и после посадки на поверхность планеты...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • «3 июня 2010 года шестеро бесстрашных исследователей отправились в невообразимый 520 суточный полет к далекому Марсу, таинственной красной планете…». Это не строки научно-фантастического романа. Так мировые информационные агентства начинали свои сообщения о беспрецедентном эксперименте «Марс-500» - наземной имитации полета к красной планете, проводимой Институтом медико-биологических проблем РАН в кооперации с иностранными партнерами.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • ...Воздушно-космический самолет (ВКС) «Сура» уже был представлен «ПО Южный машиностроительный завод» на двух последних авиационно-космических салонах «Авіасвіт-XXI» в Украине. Он конструктивно состоит из двух ступеней, возвращаемых для многократного использования. Орбитальный самолет ВКС «Сура» в беспилотном варианте предусматривается использовать самостоятельно, а также для формирования и обслуживания спутниковых группировок, в т.ч. с использованием возвращаемых для многократного использования спутников-трансформеров, обеспечения работы на орбите «космического завода», например, по вышепредставленной теме «Молекулярный экран», а также для доставки на орбиты и с орбит грузов массой до 300 кг...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Полеты на Луну, строительство на ней базы, экспедиции на Марс…. Это уже давно не фантастика. Полеты на Луну состоялись в 1969-1972 гг., а с 2004 г. начали разрабатываться планы дальнейших пилотируемых исследований Луны и полетов на Марс. В 2004 г. США обнародовали программу «Constellation», включавшую завершение постройки международной космической станции (МКС) и окончание эксплуатации ракетно-космической системы (РКС) «Space Shuttle» в 2010 г., создание космических кораблей (КК) «Orion» и ракет-носителей (РН) «Ares I/V» для замены РКС «Space Shuttle» и обеспечения исследований Луны и Марса пилотируемыми КК.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...Результаты экспериментов были противоречивыми. Из необработанного грунта при воздействии искусственного солнечного света и воды выделилось некоторое количество углекислого газа, но еще больше кислорода. Без солнечного света или с предварительной стерилизацией грунта результат практически не изменился. Высвобождение газов могло быть прекращено, если температура превышала 120° С. Поскольку в почве не было обнаружено никаких органических соединений, то сделали вывод, что наблюдаемые реакции, вероятно, были химическими и обусловлены наличием в грунте сильного окислителя, такого, как перекись водорода. Вероятность наличия жизни сильно уменьшилась, но некоторые ученые до сих пор считают, что жизнь на Марсе есть — только в очень экзотической форме.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Жизнь на Марсе похоронили рано. Хотя «рассол», когда-то покрывавший Меридианное плато, был слишком кислым и соленым, в других районах планеты условия для развития жизни были «благоприятными», говорят ученые. Там остались глины, а в них могли остаться следы жизни.
    В феврале 2008 года ученые, казалось, похоронили всякую надежду на то, что Марс когда-то мог быть пригодным для жизни. Да, вода здесь была в достаточно значительных количествах, подтвердили они на основании данных, собранных марсоходом Opportunity на Меридианном плато Марса. Но жить в этой воде было невозможно, поскольку она представляла собой насыщенный раствор солей серной кислоты, в котором образовывались сульфаты, дошедшие до наших дней. Раствор представлял чрезвычайно кислую среду, жить в которой известные нам микробы не в состоянии, и этот «рассол» наверняка погубил все возможные формы жизни.