Обитаемая лунная база: близкая и далекая

Авиапанорама
Фото: shutterstock.com
В далекие от нас 1960-е президент США Дж. Ф. Кеннеди, имея на руках подготовленный при участии Вернера фон Брауна проект военной лунной базы программы "Горизонт", предложил генеральному секретарю ЦК КПСС и Председателю Совета Министров СССР Н.С. Хрущеву организовать совместную экспедицию на Луну. Но лидер СССР отказался сотрудничать, рассчитывая обогнать Америку. В итоге половина из 58 советских полетов лунных автоматических станций оказались неудачными, а пилотируемые программы были закрыты на стадии летных конструкторских испытаний ракетно-космического комплекса "Н1-Л3" после отработки двигателей лунных посадочно-взлетных кораблей в беспилотном режиме на околоземной орбите с изготовлением макетных образцов модулей лунной базы в КБОМ (КБ Министерства общего машиностроения). При этом американские астронавты в декабре 1968 года успешно облетели Луну и возвратились на Землю, а в 1969-м они впервые ступили на лунную поверхность. Всего на Луне побывало 12 астронавтов США.
Фотография, сделанная астронавтом Уильямом Андерсом во время миссии Аполлон 8 в 1968. Источник: via: reddit.com
Через 100 лет после публикации работ К.Э. Циолковского, на новом витке исторической спирали вновь предлагаются самые различные проекты, которые должны вывести человечество за пределы околоземной орбиты. Научные силы Америки, Европы, Китая и Японии снова активно обсуждают строительство обитаемого поселения на Луне.
В отличие от фантастического, романтического и политического интереса прошлого, современный подход к Луне сугубо практичен, поскольку на Луне обнаружены следы присутствия воды и значительные запасы изотопа гелия, так называемого гелия-3. С последним ученые связывают надежды на создание термоядерных электростанций - небывало мощных и экологически чистых. Они могут предотвратить надвигающуюся экологическую катастрофу. Китайцы же предполагают к 2020 году освоить Луну, а к концу XXI столетия переселить на Марс часть населения, создав резервные пункты для расселения человечества в пределах Солнечной системы на случай, если Земле будет грозить катастрофа вселенского масштаба.
Нам же остается только вспомнить, что именно благодаря работам С.П. Королева и М.В. Келдыша в 1950-е заложены основы практической космонавтики и научного исследования планет Солнечной системы. Им и многим другим российским ученым, пионерам создания ракетно-космической техники, российская национальная программа освоения космоса обязана планами пилотируемых межпланетных полетов, которые были обоснованы и систематизированы в ХХ веке. Исследования Луны с помощью автоматических аппаратов начались в 1959 году, когда лунной поверхности достигла советская межпланетная станция "Луна-2", совершив жесткую посадку, а промахнувшаяся мимо станция "Луна-1" стала первым искусственным спутником Солнца. Вслед за этим автоматическая станция "Луна-3" передала на Землю первые фотографии невидимой с Земли стороны Луны, а станция "Луна-6" впервые совершила мягкую посадку, передав на Землю панорамы лунного ландшафта.
В 1960-х силами коллектива ОКБ-1 в отделе 9 под руководством С.П. Королева и М.К. Тихонравова велась разработка сразу пяти лунных пилотируемых и автоматических программ:
∙ облета Луны - "Л1" ,
∙ высадки на Луну автоматического лунохода - "Л2",
∙ высадки на поверхность Луны космонавта - "Л3",
∙ высадки на поверхность Луны самоходной лаборатории с экипажем - "Л4",
∙ создание лунной базы - "Л5".
В 1962 г. смежным институтам и промышленным предприятиям С.П. Королев и М.В. Келдыш поставили задачу сконструировать автоматический луноход, а также вездеход с герметической кабиной для экипажа и скафандр для выхода космонавтов в открытый космос и на поверхность другого небесного тела. Параллельно в период с 1964 по 1974 гг. в качестве полезной нагрузки для ракеты-носителя "Н1" разработки С.П. Королева в ГСКБ СпецМаш, ныне Конструкторском бюро общего машиностроения (КБОМ), главным конструктором В.П. Барминым спроектирована долговременная лунная база (ДЛБ). Военные поддержали проект такой базы, т.к. по их расчетам это был "наилучший наблюдательный пункт", на котором можно разместить ракеты, наименее уязвимые для противника.
Владимир Павлович Бармин очень заинтересовался предложением Королева, но ему все же хотелось понять, каким образом такая база будет доставлена на Луну. "Ты только спроектируй базу, - заверил его Королев, - и я посчитаю, как ее доставить туда". В ГСКБ СпецМаш проект получил название ДЛБ, а в ОКБ- 1 у С.П. Королева он же проходил под названием "Звезда". Проектная разработка базы позволяла использовать одни и те же элементы при экспедициях на другие планеты, а не только для полетов с высадкой на Луну. В рамках исследований по ДЛБ в ГСКБ СпецМаш определили задачи создания базы, принципы ее конструкции, фазы ее развертывания на поверхности, состав научного оборудования и систем обеспечения жизнедеятельности (СОЖ). В.П. Бармин загорелся базой и сразу же поехал в Ташкент на конференцию по природным ресурсам Луны, а затем побывал в Красноярском филиале Института биофизики, где создавались и испытывались перспективные СОЖ замкнутого типа. Отечественные строители лунного поселения решили, что ДЛБ будет главным образом научно-исследовательским городком. По этой причине за прототип взяли опыт организации антарктических экспедиций, где имелся аэродром со взлетно-посадочной полосой, санный поезд с тягачом и собственно поселение. Подобно антарктическим экспедициям, луноходы с герметическими кабинами экипажа предназначили для строительства городка, а по его завершении - для научных исследований его окрестностей. Главной функцией луноходов должны были стать геологические исследования с выбором участков лунной поверхности под городок и космодром. Геологические исследования Луны курировал вице-президент АН СССР академик Виноградов. Он требовал, чтобы слои грунта, извлекаемые буром, не перемешивались между собой, а сверлить предстояло неизвестные породы, отдавая команды по радио. "Барминцы" со смежниками создали оригинальный бур. (Уменьшенный в масштабе вариант его использовался в полетах автоматических станций "Луна-16" и "Луна-22", будет применен в XXI веке в современных автоматах, предназначенных для лунного полигона).
В исходный вариант базы входили тягач, жилой модуль для экипажа из четырех человек, изотопная энергоустановка мощностью 10 кВт и буровая установка. Ходовая часть у тягачей была, как у луноходов: каждое колесо имело свой электромотор, благодаря чему отказ одного или даже нескольких из 22 моторов не парализовал бы ход транспортного средства. Из тех же соображений высокой надежности не делали ставку на солнечные фотоэлементы - их поверхность быстро портится от лунной пыли и бомбардировки метеорными частицами. Для противометеорной, тепловой и ультрафиолетовой защиты обитаемых помещений был разработан трехслойный корпус. Сверху и изнутри устанавливали стенки из специальных сплавов, а между ними была подушка из вспененного наполнителя. Макет базы в натуральную величину был построен на территории ГСКБ СпецМаш и просуществовал более двух десятилетий под грифом "совершенно секретно".
На этом макете лунного поселения готовились испытания с экипажем из 4 человек, но, по мере доработки проекта ДЛБ, экипаж постепенно увеличился до 12 человек. Главным корпусом базы стал гигантский дом из отдельных модулей, расположившихся в подобии скальных пород Луны и защищенный от радиации насыпанным сверху толстым слоем грунта. Каждый отдельный модуль герметизировался и имел все необходимое для длительного пребывания людей в случае аварийной ситуации, когда остальные модули базы могли быть повреждены. В модульном корпусе базы предусматривались "зимние сады", оранжереи, бассейн с водой, регенерируемой из лунных пород. Кроме бытовых помещений, в главном корпусе базы располагался центральный пульт управления, центр связи, научные лаборатории, мастерские, а также специальный модуль с конференц-залом, столовой и спортивной площадкой. Специальный тоннель связывал главный корпус базы с обсерваторией и гаражом, где стояли передвижные луноходы различного типа. Один открытый, без гермокабины, предназначался для кратковременных экспедиций. Другие луноходы, оснащенные гермокабиной и запасами необходимого, предназначались для длительных экспедиций. Разрабатывалась также передвижная лаборатория с радиусом действия 250 км. В такой лаборатории три человека должны были работать полностью автономно от базы в течение двух недель.
Для модулей базы почти идеально подошла цилиндрическая форма железнодорожной цистерны. Если оборудовать ее системами жизнеобеспечения, то она, по сути, ничем не отличалась от космического корабля или орбитальной станции. На 12 членов экипажа потребовалось всего 9 цилиндрических модулей одного размера, которые должны были стать окончательным вариантом лунной базы, постепенно наращиваемой по мере доставки модулей с Земли. На заводе "цистерна" изготавливается укороченной, в виде металлической гармошки длиной 4,5 м, чтобы побольше модулей вошло в транспортный корабль. На строительной площадке базы в гармошку должен был подаваться воздух под давлением, и она расширялась. Некоторые объемные детали предполагалось делать из металлов с механической памятью. После предварительного сжатия такие детали восстанавливали бы первоначальную форму при нагревании до 100° С, а на Луне днем температура 150° С. Кроме модулей, предназначенных под командный пункт, лаборатории и хранилища, мастерские, медпункт и спортзал, конференц-зал со столовой, еще три модуля были отведены под жилье.
Окончательный вариант ДЛБ, создававшейся под руководством В.П. Бармина, состоял из 9 модулей, рассчитанных на постоянное пребывание на базе экипажа из 9 человек (при смене экспедиций экипаж увеличивался бы до 12 человек). При производстве все девять модулей должны были предварительно оснащаться под выполнение следующих специальных функций: командный модуль, лабораторный модуль-склад, модуль- мастерская, промежуточный модуль, медицинский и гимнастический модуль, бытовой модуль со столовой, три жилых модуля. Прототип одного из модулей ДЛБ использовался в годовом эксперименте Института Медико-Биологических Проблем (ИМБП). На основе результатов этого эксперимента было запланировано применение в лунных модулях фальшивых окон, показывающих пейзажи земной сельской местности, которые должны были меняться в соответствии с сезонными изменениями природы, характерными для Москвы. Велоэргометры для физических упражнений экипажа должны были оснащаться синхронизированным кинопроектором, который создавал бы космонавтам ощущение поездки на велосипеде по окрестностям Москвы. Ожидалось, что подобные психологические мероприятия будут важными для психологической поддержки экипажа и сохранения психического здоровья. Эти модули имели 4,5 м в длину в упакованном состоянии во время запуска с Земли и при транспортировке их на Луну. После доставки на поверхность Луны модули надували бы воздухом, в результате чего их длина возрастала бы до 8,6 м, а общая площадь помещений модуля увеличивалась бы до 22,2 кв.м. Энергоснабжение ДЛБ обеспечивали ядерные реакторы атомной электростанции.
В проекте должны были широко использоваться беспилотные автоматические станции, спроектированные в ОКБ им. С.А. Лавочкина для проведения первичной разведки мест размещения ДЛБ. Среди них были автоматы для бурения лунной породы и забора проб грунта с целью их возврата на Землю для последующего химического анализа в наземных лабораториях, а также луноход для выездного обследования местности. Если место, обследованное луноходом, признавалось удовлетворительным, то для обеспечения точности посадки с помощью радиомаяка на луноход наводился бы посадочный лунный корабль, служивший основой будущей ДЛБ. Помимо автоматического лунохода для долговременной разведки лунной поверхности предполагалось создать пилотируемый космонавтами вариант лунохода-лаборатории, который имел бы ядерную энергетическую установку. Луноходы должны были оснащаться пробоотборниками и манипуляторами, позволяющими экипажу, находящемуся в герметичной кабине, без выхода на поверхность Луны проводить геологоразведку со сбором образцов лунных пород.
Специальная экспертная комиссия АН СССР под руководством В.М. Келдыша изучила все конструкторские, научные и технологические разработки проекта ДЛБ. В своих решениях она отметила, что реализация проекта вполне по силам ученым и инженерно-техническим специалистам страны. После этого, в 1971 году, академика Бармина, ведущих конструкторов лунной базы Егорова и Елисеева вызвал секретарь ЦК КПСС Д.Ф. Устинов. Он заслушал доклад о ДЛБ, длившийся почти полтора часа, и в заключение заявил: "Мне ясно, что проект освоения Луны надо реализовывать. Однако не знаю пока, с какой скоростью: со скоростью пешехода или курьерского поезда". Попытка набрать ускорение освоения Луны в ХХ веке так и не состоялась.
После завершения программы "Apollo" у советских конструкторов еще оставалась возможность обогнать американцев благодаря развертыванию постоянной лунной базы, поэтому генеральный конструктор В.П. Глушко поставил перед коллективом созданного в 1974 г. НПО "Энергия" задачу проектирования постоянно обитаемой лунной базы и доставки ее модулей ракетными летательными аппаратами "РЛА-130А". На основе предшествующих разработок проекта ДЛБ В.П. Барминым в ГСКБ СпецМаш, который одновременно проходил в конструкторской документации С.П. Королева в ОКБ-1 под названием "Звезда", возник проект постоянно пилотируемой лунной базы.
До 1976 г. в коллективе НПО "Энергия" готовят в инициативном порядке предложения для лунного экспедиционного комплекса (ЛЭК) с запуском его ракетой сверхтяжелого класса "Вулкан", которая проектировалась В.П. Глушко для доставки 230 т полезного груза на низкую околоземную орбиту высотой 200 км; а также для выведения 60 т груза на окололунную орбиту и посадку аппаратов массой 22 т на лунную поверхность. Центральный блок ракеты должен был использовать технологию двигателей на жидком водороде и кислороде. Центральный блок был бы окружен шестью боковыми разгонными блоками украинского НПО "Южное", оснащенными ракетными двигателями на жидком кислороде и керосине.
Лунный экспедиционный комплекс В.П. Глушко должен был обеспечить проведение широкого спектра научных и инженерных исследований:
∙ астрономических и астрофизических исследований с помощью размещенных на устойчивой платформе телескопов, охватывающих весь спектр электромагнитных волн;
∙ медико-биологических исследований, включая, возможно, и производство новых видов бактериологического оружия;
∙ производство новых материалов и газов, получаемых из лунных пород (включая кислород, используемый для дыхания человека и в качестве окислителя для ракетных двигателей), а также сбора изотопов гелия из солнечного ветра.
Перед производством ЛЭК также должны были быть проведены разведывательные полеты автоматических лунных станций, разрабатываемых ОКБ им. С.А. Лавочкина. Эти беспилотные полеты помогли бы завершить картографирование лунной поверхности, исследовать рельеф и отобрать пробы грунта на глубине до 10 м от поверхности в наиболее перспективных местах создания лунной базы. Аналогично более ранней концепции программ "Л3", "Л3М" и ДЛБ "Звезда" высадившиеся на Луну автоматические аппараты, предназначенные для исследования ее поверхности, одновременно должны были использоваться как радиомаяки для обеспечения более точного места посадки последующих элементов комплекса. ЛЭК состоял из экспедиционного и транспортного вариантов лунного корабля (главный конструктор К.Д. Бушуев). Он также мог использоваться для транспортировки оборудования, необходимого при создании постоянной лунной базы (главный конструктор И.С. Прудников).
В состав экспедиционного и транспортного пилотируемых кораблей входили собственно лунный экспедиционный корабль "ЛЭК", аналогичный по своему функциональному назначению оригинальному лунному кораблю "ЛК" комплекса "Н1- Л1" и лунный жилой модуль "ЛЖМ" для обитания и работы трех космонавтов во время экспедиции. В состав собственно постоянной лунной базы должны были входить следующие элементы:
-луноход,
-лабораторно-заводской модуль "ЛЗМ",
- атомная электростанция,
-транспортный космический корабль.
ЛЭК высаживался на поверхность при помощи конструкции, идентичной американскому лунному модулю. Однако эта лунная посадочная установка для ЛЭК должна была, прежде всего, использоваться для старта с Луны и выведения корабля на траекторию перелета к Земле. С поверхности Луны обратно к Земле должна была стартовать возвращаемая капсула, выполненная по форме спускаемого аппарата космического корабля "Союз", но больших размеров и с более мощной теплозащитой. Капсула спускаемого аппарата ЛЭК имела большой герметичный объем специально для размещения экипажа и хранения оборудования. Запуск с Земли компонентов ЛЭК должен был осуществляться в три этапа:
1 этап предусматривал запуск трех ракет "Вулкан", которые должны были доставить на Луну "ЛЖМ", луноход с герметичной кабиной (с научным оборудованием и расходуемыми компонентами для 1,5 лет работы) и "ЛЭК" с экипажем из 3 человек;
2 этап предусматривал запуск двух ракет "Вулкан" для высадки на Луне следующего "ЛЖМ", лунохода с открытой кабиной и "ЛЭК" с экипажем из 3 человек для работы на лунной базе в течение 6 месяцев;
3 этап предусматривал запуск одной ракеты "Вулкан" с "ЛЗМ" и другими научными приборами через три месяца после стартов с Земли ракет второго этапа. Этот этап должен был обеспечить возможность производства кислорода непосредственно на лунной базе.
Сергей Филипенков, редактор журнала "Авиапанорама", начальник сектора авиакосмической медицины НПП "Звезда" им. академика Г.И. Северина,
кандидат медицинских наук
(Продолжение следует)
Опубликовано в журнале "Авиапанорама" N4-2013