В России идея использования Луны в качестве сырьевого ресурса для земной цивилизации выдвигалась еще в трудах Константина Циолковского. Однако технически конкретные описания проектов лунной базы стали появляться только после 1946 года. Проекты рассматривали различные варианты лунных жилищ: искусственные сооружения, использование естественных полостей, использование защитных свойств лунного вещества, создание замкнутых систем жизнеобеспечения и так далее.
      Сергей Королев в публикациях начала 60-х годов наметил этапы изучения Луны, которые своим продолжением предполагали начальные стадии освоения и использования лунных ресурсов. После облета Луны и высадки на ее поверхность Королев считал целесообразным создание постоянно действующей лунной базы: «Организация на Луне постоянной научной станции, а впоследствии и промышленного объекта позволит использовать те нетронутые и еще неизвестные ресурсы этого наиболее близкого к нам небесного тела для науки и народного хозяйства».
      В «Заметках по тяжелому межпланетному кораблю и тяжелой орбитальной станции», сделанных в качестве рабочих записей в 1962 году, Королев предполагал использовать Луну и окололунное пространство в системе инфраструктуры земной космической технологии. Первым уровнем подобной инфраструктуры, по мысли Сергея Павловича, должен стать «орбитальный пояс» постоянных спутников, несущих различные функциональные нагрузки в околоземном пространстве: запасные базы-спутники для аппаратов, перед которыми возникнет необходимость в ремонте, регулировании или перезарядке. Базы-спутники должны обладать «всем необходимым для крайнего случая (воздух, влага и питание, энергетика, связь, медикаменты, аппаратура для создания искусственной тяжести и др.)».
      Вторым уровнем космической технологической инфраструктуры Королев называл Луну и долговременные спутники на окололунной орбите, предназначенные для обслуживания межпланетных космических комплексов.
      Создание долговременного и достаточно крупного спутника-станции Луны выгодно тем, что пролетающим кораблям не надо осуществлять посадку на Луну либо спускать на ее поверхность ракетные зонды, что связано со значительными затратами топлива и другими трудностями. Но непосредственно «на Луне надо иметь, видимо, и капитальную базу для космических целей, а именно: решение задач навигации кораблей (в обоих случаях при очень дальних полетах), снабжение кораблей некоторыми необходимыми материальными средствами, в том числе питанием, средствами жизнеобеспечения, ядерным топливом (включая и рабочее тело) и т. д.».
      В том же 1962 году Сергей Королев поручил ГСКБ Спецмаш, которым руководил академик Владимир Павлович Бармин, разработать проект лунной базы.
      Рассказывают, будто бы Бармин заявил Королеву, что не сможет проектировать базу, не зная, какой носитель будет использоваться для доставки ее элементов на Луну. И будто бы Королев ответил на это: «Вы спроектируйте базу, а как доставить ее туда, моя забота».
      Проектировщики Бармина немедленно приступили к работе.
      Она заняла более десяти лет.
      В документах ГСКБ Спецмаш проект проходил под обозначением «ДЛБ» («Долговременная лунная база»), в ОКБ-1 его знали под красивым названием «Звезда». В конструкторском бюро Спецмаша изучался самый широкий круг вопросов, связанных с лунной базой: цели базы, принципы строительства, стадии развертывания и состав научного и строительного оборудования. Для решения ряда проблем приходилось привлекать смежников из других организаций.
      Предполагалось, что место для базы будет выбрано с использованием автоматических аппаратов. С орбитального спутника Луны будет произведено картографирование участка, затем беспилотная станция возьмет пробы грунта и доставит их на Землю, после этого район будущего строительства обследуют луноходы. По окончании этапа дистанционного изучения предполагаемой территории базы на Луну отправится экспедиция из четырех человек на «лунном поезде».
      «Лунный поезд» конструкции КБ Бармина предназначался для строительства временного городка, а по его завершении — для научных вояжей по окрестностям. В него входили: тягач, жилой вагончик, изотопная энергоустановка мощностью 10 кВт и буровая установка. Ходовая часть у всех этих машин была, как у луноходов: каждое колесо имело свой электромотор, благодаря чему отказ одного или даже нескольких из 22 моторов не парализует общий ход.
      Для метеорной, тепловой и ультрафиолетовой защиты обитаемых помещений поезда был разработан трехслойный корпус. Сверху и изнутри — стенки из специальных сплавов, между ними — подушка из вспененного наполнителя. Полный вес «лунного поезда» составлял 8 тонн.
      Главной задачей экипажа «лунного поезда» должны были стать геологические исследования: сначала — для подбора участков под городок и космодром, потом — для решения научных вопросов.
      В доставленном с Луны грунте ученые нашли довольно много окислов. Это означало, что не надо везти с собой большие запасы воды — ее можно заменить гораздо более легким водородом, а затем с помощью отработанной химической реакции получить воду в необходимых количествах. Совместно с инженерами НПО Лавочкина конструкторы бюро Бармина изготовили водоснабженческий автомат для Луны, однако отправить его туда для «проверки на местности» не удалось.
      В ходе развития проекта проступали черты будущей базы на 12 человек. Первоначально она должна была состоять из девяти типовых блоков цилиндрической формы. Габариты блока: длина — 8,6 метра, диаметр — 3,3 метра, полная масса — 8 тонн.
      На заводе блок изготавливается укороченным, в виде металлической «гармошки» длиной 4,5 метра — под габариты транспортного корабля. На строительной площадке в гармошку под давлением подается воздух, она разъезжается, и блок подрастает до 8,6 метра. База состояла из блоков: командного пункта, научной лаборатории, хранилища, мастерской, медпункта со спортзалом, камбуза со столовой и трех жилых помещений. Опытный образец одного из таких блоков использовался в 1967 году во время экспериментов по длительному пребыванию в замкнутой среде, проводившихся в Институте медико-биологических проблем.
      В еще более поздних версиях проекта типовой блок базы снабжался собственным двигателем мягкой посадки и опорами, фактически превратившись в посадочный лунный модуль особой конструкции.
      В 1971 году академика Бармина, молодых конструкторов «ДЛБ» Александра Егорова и Владимира Елисеева вызвал Дмитрий Устинов, курировавший космические программы.
      Проект лунной базы к тому времени был практически готов.
      Доклад Устинову продолжался семь с половиной часов.
      В результате конструкторы получили задание подсчитать стоимость проекта. Оказалось, что на строительство и обживание лунной базы потребуется около 50 миллиардов рублей (80 миллиардов долларов). Экономика страны, перегруженная укреплением обороны, такую ношу поднять уже не могла.
      Проект лунной базы «Звезда» отложили в долгий ящик.

      О необходимости планомерного освоения Луны много писал и другой пионер отечественной космонавтики — Валентин Глушко.
      В его теоретических работах 70-х годов выдвигалась концепция многоцелевой лунной базы, основанная на полученных к тому времени данных о природе Луны и современных технических возможностях ее освоения и использования. Основные аргументы в пользу строительства обитаемой лунной базы сводились к следующему. Такая база удобна для ведения непрерывного глобального контроля всей поверхности Земли и окружающего ее космического пространства. С нее возможно проведение уникальных астрофизических экспериментов. Малая сила тяжести и тем самым умеренные затраты энергии для отлета с Луны, в сочетании с ее близостью к Земле, создают благоприятные возможности вовлечения лунных ресурсов в сферу космического производства, которое может быть организовано на геоцентрических и селеноцентрических орбитах. При этом отмечалось, что первичную обработку лунного сырья целесообразно производить на промышленных установках, расположенных на Луне и использующих дармовую солнечную энергию.
      Лунные установки по производству кислорода из местных материалов могли бы обеспечить окислителем местные нужды и заправку космических транспортных грузовых и пилотируемых кораблей местного и дальнего следования как на Луне, так и на селеноцентрической орбите.
      Валентин Глушко всячески подчеркивал, что местные ресурсы, в качестве которых можно рассматривать лунные породы, при надлежащей обработке могут обеспечить производство ракетного топлива достаточной эффективности для выполнения стартов с лунной поверхности.
      Исследования Луны автоматическими аппаратами были первым шагом в ее изучении. Следующим этапом должны быть пилотируемые экспедиции, создающие на Луне сначала временные базы, затем долговременные и, наконец, постоянно действующие.
      Свой первый проект лунной базы Глушко предложил еще в рамках программы «Вулкан-ЛЭК» (ее мы обсуждали в главе 10).
      Благодаря огромному запасу грузоподъемности, который могла бы обеспечить разрабатываемая в НПО «Энергия» ракетаноситель «Вулкан», на Луну помимо экспедиционного корабля «ЛЭК» планировалось доставить два специализированных модуля: лабораторно-жилой и лабораторно-заводской.
      Лабораторно-жилой модуль состоял из цилиндрических камер, содержащих тамбур для выхода на поверхность, камбуз с туалетом, хранилище и командный центр.
      В круглом помещении, соединяющем цилиндры, располагалась каюткомпания, в верхнем цилиндре — лаборатория и каюты. Габариты лабораторно-жилого модуля: полная длина — 9,7 метра, максимальный диаметр — 11,3 метра, обитаемый объем — 160 м3, полная масса — 21,5 тонны, полезный груз — 6,3 тонны. В этом модуле, посаженном на Луне в автоматическом режиме, экипаж из трех человек мог провести до одного года.
 
      Лабораторно-заводской модуль состоял из таких же типовых цилиндров, но оборудованных под задачи научных исследований и производства необходимых компонент экспедиции. В нижних цилиндрах размещались: фабрика по производству кислорода с ковшом для забора и разрыхления лунного грунта, биологическая, химическая и физическая лаборатории.
      В верхнем цилиндре планировалось устроить оранжерею. Габариты лабораторно-заводского модуля: полная длина — 4,5 метра, максимальный диаметр — 8 метров обитаемый объем — 100 м3, полная масса — 15,5 тонны, полезный груз — 6,07 тонны. Для обслуживания лабораторно-заводского модуля достаточно одного оператора, который будет постоянно жить в лабораторно-жилом модуле.
      Теоретически весь комплект модулей временной лунной базы, включающий лунный экспедиционный корабль «ЛЭК», лабораторно-жилой, лабораторно-заводской модули, а также тяжелый луноход с обитаемым блоком, на Луну могли бы доставить всего лишь две ракеты «Вулкан». Однако эти идеи, как и работы по созданию сверхтяжелого носителя «Вулкан», не нашли официальной поддержки. По сути проект временной лунной базы «Вулкан-ЛЭК» создавался по личной инициативе Валентина Глушко, так и не став содержанием официальной космической политики.

      Сегодня интерес к Луне возвращается.
      И вновь заговорили о необходимости строительства лунной базы.
      Дело в том, что исследования лунного грунта показали: естественный спутник Земли — это поистине неисчерпаемый резервуар энергетики будущего.
      Как известно, большие надежды на решение энергетических проблем возлагаются на управляемые термоядерные реакции.
      В основе этих процессов лежит реакция синтеза ядер, обладающая эффективным выделением энергии при малых эксплуатационных затратах и практическим отсутствием радиоактивных отходов. Одна из таких реакций заключается в слиянии ядер дейтерия и изотопа гелий-3. На Земле данный изотоп встречается крайне редко. Специалисты оценивают его доступные запасы чрезвычайно малой величиной — около 500 килограммов. На Луне же в течение четырех миллиардов лет лунный грунт, как губка, «впитывал» гелий-3, приносимый солнечным ветром Результаты анализа образцов лунного грунта показывают, что в первых пяти метрах раздробленного слоя реголита накопилось порядка миллиона тонн гелия-3.
      Такого количества ядерного топлива хватило бы на обеспечение электроэнергией не только лунной базы, но и всего человечества на протяжении 5 тысяч лет! Бомбардировка Луны метеоритами в течение сотен миллионов лет привела к тому, что ее поверхностный слой на глубину до 10 метров находится в раздробленном состоянии.
      Это облегчает добычу и транспортировку лунного грунта к месту переработки. Отпадает необходимость в применении специальной техники для горнорудных разработок.
      Самые общие подсчеты показывают, что в лунном карьере размером 100 на 100 метров и глубиной 10 метров (объем рыхлого вещества в естественном залегании) содержится значительное количество различных материалов. Уже сейчас можно сказать, что такой карьер обеспечит получение около 40 тысяч тонн кремния, пригодного, например, для изготовления ячеек солнечных батарей. Этого количества хватит для кремниевых фотоэлектрических преобразователей общей площадью примерно 12 км2. При современной эффективности типовых солнечных батарей такая гелиоэлектростанция по мощности будет равна, например, Ново-Воронежской АЭС или в три раза превысит мощность Днепрогэса.
      Этот же лунный карьер может дать 9 тысяч тонн титана для изготовления несущих конструкций высокой прочности и долговечности. Для производства электроарматуры или других элементов космических сооружений на Луне и в окружающем космосе в карьере «найдется» от 15 до 30 тысяч тонн алюминия и от 5 до 25 тысяч тонн железа. К этим материалам добавится еще некоторое количество магния, кальция, хрома и других химических элементов. Наконец, из того же объема лунного реголита можно экстрагировать от 80 до 90 тысяч тонн кислорода. Добываемый кислород можно использовать в системе жизнеобеспечения самой лунной базы, в различных технологических процессах и в качестве одного из компонентов ракетного топлива.
      Американская фирма «Карботек» («Carbotek») по контракту с НАСА разработала проект крупной установки на лунной поверхности для производства кислорода в количествах, позволяющих использовать его в качестве ракетного топлива в двигателях водородно-кислородного типа. В качестве исходного материала предполагается использовать породы, обогащенные ильменитом. В установке происходит процесс экстракции при температурах от 700 до 1200° и давлении 10 атмосфер. Проект рассчитан на 400 тонн полезной нагрузки для транспортировки на лунную поверхность из которых 45 тонн приходится на энергетическую установку мощностью 5 МВт для поддержания процесса экстракции.
      Такой «кислородный завод» на лунной поверхности должен давать 1000 тонн кислорода в год.
      Если треть добываемого кислорода использовать в качестве компонента ракетного топлива, то потребуется еще около 40 тонн водорода в год. Ученые из Вашингтонского университета рассчитали возможность получения такого количества водорода из поверхностной тонкой фракции лунного грунта и предложили проект соответствующего комплекса.
      При типичном содержании водорода в верхнем рыхлом слое грунта (в результате насыщения частицами солнечного ветра), равном 50 микрограммам на грамм природного реголита, необходимо перерабатывать 6700 тонн тонкой фракции в день, если основываться на солнечной энергетике, и ограничить продолжительность активной работы установки 120 сутками в год.
      Каким образом можно перерабатывать несколько тысяч тонн грунта в день? Предлагается передвигать весь комплекс со скоростью 6 км/ч при глубине обработки грунта до 1 метра. Принцип работы установки заключается в нагревании массы исходного материала (от солнечного коллектора) до 700° при давлении до 10 атмосфер. При этом из лунного вещества выделятся и другие газы. Наиболее эффективная технология — сжигание полученной из реголита смеси газов в лунном кислороде с последующим отделением воды. Предполагается, что наиболее целесообразно хранить и транспортировать полученный продукт в жидком виде с последующим применением электролиза для разделения кислорода и водорода непосредственно перед использованием.
      В Университете Висконсина разработан проект другого завода-автомата передвижного типа для получения упомянутого выше изотопа гелия-3. В передней части добывающего агрегата размещается вращающее колесо с ковшами типа роторного экскаватора, которое черпает рыхлый грунт и загружает его в бункер, где происходит обработка. В основном модуле этого завода около 800 тонн грунта с помощью микроволновой техники всего за полчаса нагревается до 650°. Из выделяющейся газовой смеси отбирается гелий-3. По предварительным оценкам продуктивность этого комплекса может достигать 20 килограммов уникального газа в год. «Отжатый» грунт возвращается назад на поверхность, а завод продолжает свое движение к новому участку.
      Таким образом, строительство базы или перерабатывающего завода на Луне становится экономически выгодным.
      Неудивительно поэтому, что темой освоения естественного спутника Земли заинтересовались и частные компании, рассчитывающие извлечь из реголита быструю и ощутимую прибыль.
      Одна из таких компаний, американская «Applied Space Resources» («ASR»), намерена уже через пять лет отправить в космос свой первый лунный корабль. На организацию этой экспедиции потребуется не менее 1,5 миллиарда долларов, но руководство компании считает возможным изыскать требуемые средства. Что ж, поживем — увидим…
 

Новая цель — Марс

Американская марсианская программа