вице-президент РАЕН, д. т. н., профессор
Надежды добывать в космосе что-то такое, что окупало бы завоевание космического пространства, появились еще в 60-х годах прошлого столетия, но высказывались главным образом в научно-фантастической литературе. В 2003 году Колорадская высшая школа горных наук организовала первый круглый стол по использованию космических ресурсов. Более 60 инженеров и ученых, в том числе сотрудников NASA и РАН, обсуждали возможности добычи полезных ископаемых на астероидах и на Луне. Эксперты пришли к выводу, что разработка космических залежей технически возможна и экономически рентабельна, но она начнется не ранее чем через 15-20 лет.
Солнечный изотоп с Луны
Экспедиции американских астронавтов на Луну (1969-1972 гг.) и советских 
автоматических станций «Луна-16», «Луна-20» и «Луна-24» (1970-1976 гг.), доставивших на Землю лунный грунт, позволили изучить вещественный и химический состав вещества лунной поверхности. Было установлено, что большая часть поверхности Луны покрыта слоем обломочных пород, получившим название «реголит». Лунный реголит — это довольно рыхлый слой на поверхности Луны толщиной в несколько метров.
В основном он состоит из мелких обломков со средним размером меньше миллиметра, накопившихся в течение миллиардов лет в результате разрушения лунных пород при перепадах температуры и ударах метеоритов. Реголит насыщен инертными газами, среди которых присутствует изотоп гелия – гелий-3, которого практически нет на Земле и который можно эффективно использовать в разрабатываемых сейчас реакторах, работающих на принципах управляемого термоядерного синтеза. Лунные запасы потенциальной тепловой энергии более чем в десять раз превышают имеющийся сейчас у человечества ресурс ископаемого топлива.
Гелий-3 образуется на Солнце в результате термоядерных реакций. Затем он разносится в космическом пространстве солнечным ветром, который почти не достигает Земли и других планет — его оседанию в поверхностных породах препятствуют атмосфера и магнитное поле. А вот Луны, лишенной атмосферы, гелий-3 достигает без помех вместе с частицами (квантами) солнечного ветра, которые «застревают» в реголите. По оценкам ученых, за миллионы лет Луна впитала в себя порядка 500 млн. т гелия-3. Если на всем земном шаре его наберется не более 500 кг, то на Луне его можно получать до 70 кг с квадратного километра.
По подсчетам Тимоти Свиндла, профессора геофизики из Университета штата Аризона, среднее содержание гелия-3 в лунной почве составляет 1 грамм на 100 тонн. Таким образом, чтобы добыть одну тонну этого изотопа, нужно переработать 100 млн. тонн реголита на площади не менее 7 квадратных километров. Это не такое уж большое количество по меркам горной промышленности. Например, угля за год в мире добывают два миллиарда тонн. Зато гелий-3 дороже практически любого вещества, используемого человеком, — одна тонна стоила бы как минимум миллиард долларов, если пересчитать энергетический потенциал гелия в нефтяной эквивалент по бросовой цене семь долларов за баррель. Попутно удастся получить и значительное количество других газов, которые пригодятся для обустройства жизни на Луне.
Именно гелий-3, по мнению ученых, может стать альтернативным источником энергии. При активной разработке человечеству для энергетических целей может хватить этого вещества как минимум на 2000 лет. При этом следует помнить, что за счет работы солнечного ветра запас гелия-3 будет постоянно пополняться. Уникальность и перспективность гелия-3 бесспорна. Он может полностью заменить нефть, газ, уран и уголь. Кроме того, гелий-3 особенно ценен тем, что реакция с ним абсолютно «чистая», не дает радиоактивных отходов.
Ученые считают, что гелий-3 можно будет крайне эффективно применять в термоядерных реакторах, где при сжигании одного килограмма этого изотопа выделяется колоссальное количество энергии — 19 мегаватт. Таким количеством электроэнергии можно освещать Москву 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 им. Вернадского, необходимо приблизительно 30 т гелия-3. Затраты на его доставку на Землю обойдутся в десятки раз дешевле, чем стоимость вырабатываемой сейчас электроэнергии на атомных электростанциях.
Джеральд Кульцински и Джон Сантариус из Университета штата Висконсин (США) утверждают, что гелий-3 — это будущее американской энергетики. По расчетам ученых, одного «шаттла» с гелием-3 (около 30 тонн) США хватит на целый год, при этом стоимость тонны этого вещества в «нефтяном эквиваленте» составит примерно 4 млрд. долл. Кроме экономических, проект имеет и политические выгоды: страна сможет ликвидировать зависимость от экспорта топливно-энергетических ресурсов. Те же американцы еще в 1986 году подсчитали, что стоимость электроэнергии, получаемой от такой реакции, даже с учетом доставки гелия-3 с Луны, будет в 12 раз ниже стоимости электроэнергии от современных атомных электростанций.
Неоценимое значение гелия-3 в обеспечении мировой экономики энергетическими ресурсами подчеркивают и ученые России. Как утверждает академик РАН, директор Института геохимии и аналитической химии, член бюро Совета по космосу РАН Эрик Галимов, гелий-3 «является идеальным экологически чистым топливом для термоядерного синтеза, так как при его использовании не возникает радиации, и поэтому проблема захоронения ядерных отходов, так остро стоящая перед миром, отпадает сама собой.
Чтобы обеспечить на год все человечество энергией, необходимо лишь два-три полета космических кораблей грузоподъемностью в 10 тонн, которые доставят гелий-3 с Луны, а затраты на межпланетную доставку будут в десятки раз меньше, чем стоимость вырабатываемой сейчас электроэнергии на атомных электростанциях». Галимов считает, что доставка гелия-3 с Луны может стать реальностью уже через 30-40 лет, но для этого работы надо начинать уже сейчас. По его словам, на разработку проекта потребуется всего 25-30 млн. долл. Извлекать гелий-3 из недр Луны российский ученый предлагает с помощью своеобразных «лунных бульдозеров», которые после нагрева грунта будут сгребать изотоп с поверхности.
РКК «Энергия» намерена начать промышленное освоение Луны для добычи экологически чистого топлива гелий-3, которого нет на Земле, — заявил глава РКК Николай Севастьянов. Он считает, что промышленное освоение Луны может стать новой перспективной задачей российской космонавтики. «Мы переходим к новой фазе освоения космоса, когда надо создавать промышленные объекты в околоземном пространстве, на Луне и дальше», — сказал он. Освоение промышленных ресурсов Луны — первоочередная задача и одно из самых перспективных направлений развития энергетики, убежден Севастьянов.
«Мы говорим сейчас о термоядерной энергетике будущего и новом экологическом типе топлива, которое нельзя добыть на Земле. Речь идет о промышленном освоении Луны для добычи гелия-3. Но прежде чем приступить к добыче гелия-3 на спутнике Земли, надо сделать три шага — совершить облет Луны, посадку на нее и создать там базы». По его словам, специалисты-ядерщики поддерживают планы РКК «Энергия».
Но в отношении использования гелия-3 в качестве источника энергии имеются противоположные мнения. Так в ходе слушаний по вопросам будущего исследования и освоения Луны, состоявшихся в апреле 2004 года в подкомитете по космосу и аэронавтике Комитета по науке палаты представителей Конгресса США, был сделан однозначный вывод, что даже в отдаленном будущем добыча гелия-3 на Луне совершенно невыгодна.
С этим мнением американских ученых и инженеров согласен академик Евгений Велихов, президент Российского научного центра «Курчатовский институт». По его словам, лететь на Луну за гелием-3 — это «полный нонсенс, особенно теперь, когда практическое освоение земного водорода в интересах термоядерной энергетики приобретает реальные очертания». Разумеется, никто из ученых и исследователей не говорит о том, чтобы прекратить изучение потенциальных возможностей использования «солнечного изотопа» в прикладных целях. Однако, как отметил Джон Логсдон, директор Института космической политики из Вашингтона, «космическое сообщество США не рассматривает добычу гелия-3 в качестве серьезного предлога для возвращения на Луну».
В последнее время появились сообщения о наличии у ряда государств, в первую очередь, США, России и Китая, проектов по добыче гелия-3 для управляемых термоядерных реакций. Эти проекты рассматриваются многими буквально как решение всех проблем человечества. Неоспоримо одно, что страна или группа стран, которые создадут мощные космические ядерно-энергетические установки и на их основе транспортные системы для ближнего и дальнего космоса, совершат технологический прорыв и обеспечат господство в космосе.
Однако в любом случае ядерно-энергетическим установкам для старта с Земли в составе транспортной космической системы необходима ракета-носитель, первые ступени которой стартуют на обычных ЖРД. Только Россия может в ближайшие годы создать первую ступеньку в системе добычи гелия-3 для термоядерных электростанций будущего.
Марс
Почему так важно изучение Марса? Дело в том, что на Марсе обнаружены такие элементы, как железо, медь, сера и фосфор, а они, как известно, могут использоваться для производства пищи, пластика, металлов и энергии. Есть вероятность, что они встречаются в виде минеральных скоплений, поскольку эволюция гидрологических и вулканических процессов на Марсе, по-видимому, аналогична земной.
Расстояние от Марса до Земли в перигелии составляет 56 миллионов километров. Согласно американскому плану «Mars Direct Plan» продолжительность полета пилотируемой экспедиции до Марса и обратно может составить несколько лет. Самым большим препятствием для такого полета является колоссальная стоимость космического корабля с учетом массы самого корабля, необходимого топлива и оборудования.
Установлено, что поверхность Марса частично покрыта реголитом, который содержит значительное количество минералов, окислов и газообразных веществ. Специалисты «Los Alamos National Laboratory» (США) в результате измерений проб марсианского грунта, выполненных с использованием нейтронного спектрометра, отметили признаки наличия воды на Марсе. Специалисты Европейского космического агентства (ESA) полагают, что замерзшая вода может встречаться на Марсе как на его поверхности, так и на глубинах 500-1000 м. Марсианские атмосфера и лед, залегающий под поверхностью, очевидно, содержат углерод, азот, водород и кислород в элементарной форме.
Около двух третей поверхности Марса представляет собой горную местность с большим количеством кратеров, возникших от ударов метеоритов и окруженных обломками твердых пород. Вблизи экватора, в районе называемом Тарсис, расположены четыре вулкана, каждый из которых просто гигант в сравнении с любым земным вулканом. Самый грандиозный из них — гора Олимп, возвышается над окружающей местностью на 27 км. Вблизи вулканов Тарсиса змеится обширная система каньонов длинной около четверти экватора.
Поразительные снимки, свидетельствующие о наличии на Марсе слоистых пород, были получены в декабре 2000 года с орбитальной космической станции «Mars Global Surveyor». В марсианских кратерах отчетливо видны слои отложений, которые вряд ли могли сформироваться без участия воды. Такие слоистые структуры горной породы широко распространены на Земле в тех местах, где имело место отложение осадков в водоемах.
В отличие от атмосферы и поверхности, изученность глубоких слоев Марса крайне низка. И если признать, что эволюция на Марсе была аналогична эволюции Земли, то можно ожидать многих удивительных открытий, в том числе значительных скоплений различных полезных ископаемых в недрах этой планеты.
Астероиды
Астероиды — это космические тела, которые движутся по орбите вокруг Солнца в границах астероидного пояса между Марсом и Юпитером со скоростью около 5 км/сек. Интерес к добыче полезных ископаемых на астероидах возник, главным образом, вследствие высокого содержания в их недрах металлов: железа — до 91%, никеля – 8,5% и кобальта – 0,6%. Как полагают, астероиды могут содержать в больших количествах также платину, иридий, осмий и палладий.
К настоящему времени обнаружено около 800 астероидов, сближающихся с Землей (АСЗ) или пересекающих ее орбиту (АПЗ). Это астероиды групп Атона, Аполлона и Амура, физические свойства которых почти не отличаются от астероидов главного пояса соответствующих размеров.
Астероиды можно разделить на светлые, содержащие в высоких концентрациях железо и никель (М-астероиды), и темные, содержащие в высоких концентрациях углерод и гидратированные минералы (С-астероиды). Правда, в Солнечной системе больше распространены неметаллические астероиды, а каменные (S-астероиды) с примесью углеродистых веществ. Но они также содержат металлы, а вдобавок в их состав входят вода, метан, аммиак и двуокись углерода.
Астероиды сейчас изучаются главным образом с точки зрения опасности, которую они могут нести человечеству. И эта опасность существует на протяжении всей истории человечества, однако осознание ее реальности происходит только в настоящее время.
С другой стороны, изучение астероидов в последние годы приобретает также очень важное прикладное значение. АСЗ все больше рассматриваются как потенциальные источники металлов и других видов минерального сырья.
Значительная часть АСЗ содержит летучие вещества (водород, азот, углерод) в концентрациях в 100 раз более высоких, чем лунное вещество. Как показывают данные радарных наблюдений, среди АСЗ имеются объекты чисто металлические. Так, например, находящийся не так далеко от Земли астероид Амон имеет в поперечнике всего два километра, но целиком состоит из металлов. По сегодняшним ценам количество железа и никеля, содержащегося в этом астероиде, причем не в виде руд, а в чистом самородном состоянии, оценивается в восемь триллионов долларов, кобальта — в шесть триллионов, металлов платиновой группы – тоже, примерно, в шесть триллионов.
Косвенным подтверждением тому является, например, Сихотэ-Алинский метеорит (94% Fe и 6% Ni), упавший в Уссурийской тайге в 1947 году. Общий вес его по оценкам специалистов составил около 100 тонн (собрано примерно 30 тонн). Вещество поверхности АСЗ может содержать гелий-3, который, как указывалось выше, является сырьем для производства термоядерной энергии.
Существуют проекты разработки АСЗ с целью использования их полезных ископаемых для осуществления космических миссий. По-видимому, перспективу начала разработки минеральных ресурсов АСЗ странами, занимающимися исследованием космоса (США, Западная Европа, Япония, Китай), можно связывать с первой половиной XXI века.
Астероиды, наверное, удобнее будет осваивать после Луны и Марса, когда мы будем энергетически вооружены и оснащены новыми мощными космическими аппаратами и технологиями. Примерно пятая часть АСЗ является энергетически более достижимой для космических аппаратов, чем Луна.
Организовать внеземную промышленную добычу полезных ископаемых на астероидах возможно уже к 40-50-м годам этого века, — такое предположение сделал член Международного астрономического союза Владислав Шевченко. Ученый утверждает, что в одном, так называемом металлическом астероиде диаметром в километр содержатся запасы сырья, пятикратно превышающие годовое производство стали в мире.
Таким образом, полагает Шевченко, «в условиях глобального истощения большинства полезных ископаемых к середине следующего века, человечество сможет использовать экологически чистое космическое сырье». По мнению ученого, доставлять сырье с астероидов будет значительно проще и дешевле, чем с Луны. Некоторые программы, уточнил он, могут быть запущены уже к 2040-2050 годам, но только в том случае, если исследования потенциала космических ресурсов начнутся сейчас. Между тем, ученый предлагает рассматривать Луну как «преимущественно энергетическую базу в космосе, с которой можно доставлять экологически чистый вид топлива для термоядерной энергетики будущего — изотоп гелий-3, а астероиды — как источник минерального сырья».
Для производства жидкого кислорода на астероидах можно будет извлекать связанную воду. Жидкий кислород в сочетании с водородом можно будет использовать для производства высокоэффективного ракетного топлива.
Проблемы техники и технологий разведки и добычи
Очевидно, чтобы создать оптимальные технологии и конструкции оборудования для ведения разведки и добычи полезных ископаемых на космических объектах, требуется дополнительная информация об условиях работы в космическом пространстве. Тем не менее, некоторые типы оборудования и технологии разведки и добычи, применяемые в настоящее время на Земле, достаточно успешно могут быть использованы и на космических телах.
Так, например, метод дистанционного зондирования с использованием спутников используется в целях разведки минерального сырья на Земле уже в течение нескольких десятилетий, и эта же технология может быть легко перенесена на изучение полезных ископаемых Марса или Луны.
Ученые лаборатории «Los Alamos National Laboratory» (США) установили, что буровое оборудование, которое используется в земных условиях, можно приспособить к условиям работы в космосе. Буровой станок с гибкими трубами может быть одним из возможных вариантов бурового и пробоотборного оборудования. Конструктивно станок представляет собой уменьшенную копию бурового станка, применяемого на разведочных работах в условиях Земли. Представители компаний «SpaceDev» (США) и «NorCat» (Канада), работающие для NASA, считают, что такое оборудование будет готово к планируемой экспедиции на Марс.
Еще один вид оборудования, разработанного лабораторией «Los Alamos National Laboratory», является аппарат для бурения скважин методом плавления пород. Это мобильный аппарат, который, вероятно, будет оснащаться лазером, превращающим породы в газообразное состояние на удалении от лазера до 20 м, при этом одновременно производится анализ излучаемых в процессе газообразования атомов. Что касается добычи, то в настоящее время ведется изучение различных методов разрушения пород, таких как скалывание, плавление и выпаривание, за счет создания механического напряжения, использование химических реакций или искрового пробоя.
В качестве наиболее подходящего оборудования для добычи рассматриваются передвижные или стационарные трехбарабанные скреперы вследствие простоты в эксплуатации и небольшой массы.
Довольно перспективной является технология добычи самоходными скреперами. Они вынимают поверхностный материал тонкими слоями, перевозят его и затем разгружают его в склады-накопители. Устойчивость машины обеспечивается за счет ее собственного веса, а также за счет тяговых усилий, которые создаются в процессе загрузки. Скреперы могут обеспечивать довольно глубокую выемку в местах с крутыми откосами и работать в сочетании с различным транспортным оборудованием при расстояниях доставки более 100 м. Рассматривается также возможность использования роторных экскаваторов.
Основной проблемой нормального функционирования разведочной и горно-добывающей техники является противодействие невесомости, которая характерна для космических условий, что обусловливает необходимость «заякоривать» разведочное и добывающее оборудование. В том случае, когда поверхность космического тела сложена крепкими скальными образованиями, предлагают использовать в качестве «якоря» анкерные устройства. Такие устройства разработаны для миссии «Rosetta» на астероиды, запланированной на 2011 год.
Системы разработки будут зависеть от типа добываемого сырья. Очевидно, что способы добычи рыхлого лунного реголита, содержащего гелий-3, будут существенно отличаться от способов и технологии добычи твердых полезных ископаемых и кометных льдов. Для добычи реголита может применяться горная техника, подобная используемой на Земле.
Она может быть представлена скреперными погрузчиками, скребками, ковшевыми экскаваторами. При этом воздействие такой техники на разрабатываемый материал довольно мало и требует минимальной привязки. Ковшовые цепи или цепочки скребков могли бы использоваться в сборе добытого материала в бункер центрального склада, который впоследствии будет возвращен на Землю. При добыче гелия-3 потребуется специальный экскаватор или комбайн для сбора лунного грунта. Необходимо будет подобрать оптимальные технологии для работы, выяснить, при каких температурах эффективнее всего происходит десорбция (отделение газа гелия-3 от реголита).
Исследователи считают, что гелий-3, содержащийся в лунном реголите, целесообразно извлекать на месте. После нагрева фрагмента грунта лунной поверхности, скажем, до температуры 600 градусов выделится газ — гелий. Затем от гелия следует отделить его изотоп — тот самый гелий-3. Следующий этап: газ необходимо сжижать для транспортировки. И последний этап: отправка сжиженного гелия на космическом корабле на Землю. Кстати, российские космические аппараты типа «Буран» или создаваемого в настоящее время «Клипера» способны преодолеть расстояние до Луны за одни сутки и за один полет доставить на Землю около 20 тонн гелия-3.
Схема добычи и доставки гелия-3 сложна, трудоемка и дорогостояща, но осуществима и необходима. По расчетам Э. Галимова, затраты на межпланетную доставку гелия-3 будут в десятки раз меньше, чем стоимость всей вырабатываемой сейчас электроэнергии на атомных электростанциях мира.
По мнению генерального директора НПО «Лептон» О. Ю. Казанцева, первым шагом в данном направлении должно быть создание крупной развитой научно-производственной орбитальной станции-порта с «цехами», позволяющими производить прием-отправку, а также сборку и ремонт прямо на орбите челночных лунных аппаратов, которые будут доставлять на Луну добывающее оборудование, и вывозить оттуда гелий-3. Он считает, что грузопоток с помощью ракет, запускаемых прямо с Земли, делает доставку с Луны гелия-3 существенно менее выгодной, возможно даже убыточной, не говоря уже о нарушении экологического баланса такими мощными ракетами, которые потребуются для этой работы.
Международные проекты по изучению ближнего космоса
В последующие 10-15 лет NASA, ESA, Роскосмос и другие космические агентства планируют проведение исследований Луны и Марса и других космических тел с помощью орбитальных станций и посадочных передвижных аппаратов типа луноходов и марсоходов, а в более отдаленном будущем – создание на Луне и Марсе обитаемых стационарных станций.
Выступая в штаб-квартире NASA 14 января 2004 г., Президент США Джордж Буш сформулировал новую долговременную цель для американской космонавтики на ближайшие 20-30 лет. В качестве глобальной крупномасштабной программы он выдвинул создание постоянно действующих баз на Луне и вслед за этим пилотируемые экспедиции на Марс. Создание на Луне постоянной базы станет первым шагом на пути к дальнейшему освоению космоса человеком, отметил Буш. Он также сказал, что лунный грунт можно перерабатывать для получения ракетного топлива и пригодного для дыхания воздуха. Кроме того, лунный грунт можно плавить и заливать в литейные формы и получать таким образом строительные материалы.
Имеющийся в лунном грунте кремний можно использовать для изготовления панелей солнечных батарей, а железо, алюминий, титан и магний — для разных металлических конструкций. Вполне возможно, что созданные в условиях пониженной гравитации материалы и сплавы будут обладать более полезными свойствами, чем те, которые удается получить на Земле. Ну и, конечно, самое главное – на Луне планируется добывать гелий-3.
Первым результатом выступления Буша явилось увеличение бюджета NASA до 14 млрд. долл. в год (это примерно в 30 раз больше того, что получает из госбюджета российская космонавтика). После этого NASA незамедлительно приступило к воплощению этой программы и руководитель NASA Майкл Гриффин заявил, что астронавты вскоре действительно смогут вновь посетить Луну и слетать на Марс. По его словам, нынешнего уровня финансирования достаточно, чтобы реализовать масштабные планы по освоению других планет, сформулированные в программном выступлении Джорджа Буша.
Согласно Гриффину, количество средств, выделенных NASA за последние 16 лет, сравнимо — если учитывать инфляцию — с тем, которое космическое ведомство получило за первые 16 лет своего существования, когда в рамках проекта «Apollo» на Луну смогли отправиться несколько экспедиций. Однако, сказал он, подготовка к высадке человека на Марсе едва ли уложится в сравнимые сроки. Важным, но непродолжительным этапом «возвращения в большой космос» Гриффин считает реабилитацию «шаттлов».
Согласно планам NASA, освоение Луны начнется с создания обитаемой базы на южном полюсе этого спутника. При этом ученые исходят из того, что в этом районе были обнаружены признаки присутствия льда, из которого можно будет добывать пригодную для питья воду, а также получать водород и кислород в качестве топлива для дальнейших внеземных путешествий. Создание американской обитаемой базы на Луне, в соответствии с космической инициативой президента США, планируется в 2015 — 2020 годах.
Однако у проекта создания обитаемой базы есть и противники. Многие американские ученые считают, что гораздо эффективнее было бы направлять деньги на автоматические космические миссии. По их мнению, воплощение программы освоения человеком Луны приведет к недостаточному финансированию таких программ, как обслуживание телескопа «Hubble» и марсоходов. Американские ученые разрабатывают детальную программу полетов автоматических аппаратов на Марс до появления там человека. Началом этой программы американцы считают успешную посадку на Марс двух марсоходов — «Spirit» и «Opportunity», которые уже передают на землю цветные панорамы поверхности Марса.
На 2007 г. NASA планирует начало разведывательного полета на Марс меньшего масштаба. Целями этой миссии явятся: сбор проб для изучения химического и вещественного состава Марса, экологическая разведка регионального масштаба, исследования вулканической деятельности и возможных форм жизни на Марсе, а также изучение легкоиспаряющихся и органических веществ. Кроме этого, в этом же году Французское космическое агентство (CNES) планирует запустить к Марсу один дистанционно управляемый орбитальный аппарат и четыре небольших спускаемых аппарата.
Осенью 2008 года американцы собираются отправить к Луне беспилотный исследовательский орбитальный зонд «Lunar Reconnaissance Orbiter» (LRO), который должен будет проработать на окололунной орбите как минимум один год. На эту программу NASA выделило 120 млн. долл.
Основная цель миссии зонда LRO — сбор информации, которая может оказаться полезной в выборе мест посадки будущих беспилотных и пилотируемых лунных экспедиций и для поиска лунных полезных ископаемых. NASA уже составило список приоритетных задач, которые предстоит решить в ходе выполнения программы исследования Луны. В нем в порядке важности перечислены следующие пункты:
— определение радиационной обстановки на Луне и ее влияние на биологические объекты, и, соответственно, разработка необходимых систем защиты; — составление подробной трехмерной карты всей поверхности Луны для определения мест посадки будущих исследовательских зондов; — определение состава и условий залегания полезных ресурсов в приполярных областях Луны;
— максимально подробное определение элементного и минералогического состава, а также других характеристик лунного грунта.
Следующая американская лунная миссия запланирована на 2010 год, и она также будет беспилотной. Планируется, что автоматический зонд «Moonrise», который выйдет на орбиту Луны, спустит на ее поверхность два стационарных робота. Каждый из них должен будет собрать по килограмму камней и прочего лунного грунта для последующей их отправки на Землю. Предполагается, что, исследовав эти образцы, ученые смогут восстановить геологическую историю тех мест, где они были найдены.
Проекты России
На проходившем в октябре 2000 года в Ванкувере международном конгрессе астронавтики глава Федерального космического агентства Анатолий Перминов сообщил, что Россия всерьез рассматривает проекты экспедиций на Луну и Марс, а для подготовки к будущим межпланетным экспедициям будет использован опыт построения и эксплуатации МКС. В настоящее же время в Роскосмосе прорабатываются схемы перелета, проекты межпланетных комплексов, вопросы отбора, подготовки и медицинского обеспечения экипажей, принципы создания систем жизнеобеспечения и робототехники.
Одним из таких проектов является «Луна-Глоб», в задачи которого должны входить исследование внутреннего строения Луны, доставка на Землю образцов грунта, использование лунных ресурсов.
Лунную программу Россия может реанимировать в течение нескольких лет, считает первый заместитель генерального директора Научно-производственного объединения им. Лавочкина Роальд Кремнев. «После свертывания советской программы исследования спутника Земли в конце 70-х годов прошлого века мы более трех десятилетий поддерживаем научно-технические разработки по этой тематике на современном уровне», — утверждает Кремнев.
По его словам, в настоящее время на предприятии, где был создан легендарный «Луноход», есть серьезный задел по лунным автоматам. «Если Россия примет решение восстановить лунную программу, нам потребуется год на создание эскизного проекта нового «Лунохода» и еще 2-3 года — на строительство аппарата», — сообщил Кремнев. Создание и запуск такого аппарата, по оценке Кремнева, обойдется в 600 млн. рублей.
Пилотируемый полет на Луну, считает он, можно будет осуществить с помощью мощной ракеты-носителя «Энергия», которая была создана для первого российского челнока «Буран». Для строительства на спутнике Земли постоянных баз можно использовать автоматические аппараты, которые доставят туда оборудование и транспортные средства, отметил Кремнев. «Кроме того, мы готовы сделать роботы, способные построить на Луне временные жилые комплексы», — добавил он. По мнению Кремнева, создавать поселение на Луне наиболее разумно в тесной международной кооперации, как в проекте Международной космической станции.
При достаточном финансировании космической отрасли Россия сможет отправить пилотируемую экспедицию на Луну в 2021-2023 годах. Об этом сообщил президент Российской академии космонавтики имени Циолковского Владимир Сенкевич. Он считает, что на нужды российской космонавтики необходимо перечислять как минимум 0,48% ВВП.
«Российский опыт в пилотируемой и автоматической космонавтике может позволить человечеству уже в 2014 году совершить облет Марса, а в 2018 — посадку автоматического корабля на планету», — заявил главный консультант по космосу директора Института медико-биологических проблем российский летчик-космонавт Валерий Поляков. По его данным, в России уже готовится уникальный эксперимент «Марс-500», который планируется начать в конце 2006 года. «Речь идет о научном моделировании полета группы из 6 человек в космос в течение 500 дней — именно за такой срок, как предполагается, космический корабль с Земли должен достигнуть Марса», — уточнил российский космонавт-исследователь.
В РКК «Энергия» утверждают, что пилотируемая экспедиция к Марсу технически может быть реализована в 2014 году и уже разработан эскизный проект корабля многоразового использования «Клипер», способного доставить людей к Красной планете и вернуть их на Землю. «Клипер» должен прийти на смену самым надежным космическим кораблям из семейства «Союз», которые за 30 лет своего существования уже устаревают как по срокам использования, так и по элементной базе.
По словам главы Роскосмоса Анатолия Перминова, «Клипер» может быть использован не только для полетов на Международную космическую станцию, но и к Луне. Сейчас рассматривается возможность выведения «Клипера» в космос с помощью ракеты-носителя «Зенит». В отличие от «Бурана», который крепился к ракете «Энергия» сбоку, новый корабль будет располагаться сверху ракеты. Такая конструкция намного экономичнее. Перминов отметил, что хотя «Союзы» очень надежны и удобны с точки зрения доставки людей, но их нельзя использовать повторно. Американские «шаттлы» слишком громоздкие и дорогостоящие корабли, один запуск обходится в 500 млн. долл.
«Клипер» во всех отношениях превосходит «шаттлы». Масса нового российского «челнока» 14,5 тонны, груз, который он может брать на борт при доставке на космическую станцию, — 700 кг, а при возврате — 500 кг. Корабль обеспечивает более щадящие условия во время возвращения космонавтов на Землю — перегрузка будет не больше двух с половиной единиц.
На орбиту «Клипер» предполагается выводить с помощью российской ракеты «Онега», которая будет представлять собой модернизированную версию ракеты «Союз». Запускать новый космический корабль можно будет со всех российских космодромов, где имеются стартовые площадки под «Союз», то есть с Байконура и Плесецка. И даже с космодрома Куру во Французской Гвиане, где сейчас строится российский стартовый комплекс. Корабль имеет возможность совершать посадку с большей точностью, чем «Союз». Новый корабль способен садиться на обычные аэродромы с покрытием первого класса как простой самолет. «Клипер» рассчитан на 25 спусков.
По словам генерального конструктора и президента РКК «Энергия» Юрия Семенова, стоимость «Клипера» будет примерно в десять раз меньше, чем разрабатываемых в США аналогов и, по предварительным оценкам, составит около 10 миллиардов рублей в ценах 2004 года, включая экспериментальную отработку и изготовление первого летного образца.
Реализация программы «Клипер» предусматривает три этапа. До 2008 года предстоит осуществить экспериментальные запуски «Клипера» в беспилотном варианте. Затем (с 2009-го по 2013 год) предполагается пилотируемый запуск корабля в рамках государственных космических программ и международных программ совместно с NASA и Европейским космическим агентством. Третий этап включает дальнейшее повышение уровня безопасности пилотируемого комплекса на всех этапах его эксплуатации. Общая стоимость проекта оценивается в 120 млн. долл.
Космические программы других стран
В последнее время вслед за Россией и США планы миссий на Луну и Марс стали строить Китай, Индия и Япония.
В марте 2003 г. руководство китайской космической программы официально объявило о начале работ по отправке исследовательского зонда к Луне. В ходе первого этапа программы исследования Луны планируется, помимо прочего, измерить толщину лунного грунта и оценить количество имеющегося в нем гелия-3.
Руководитель этого проекта Оуянг Зиюань заявил, что Китай уже сейчас способен отправить на Луну автоматический зонд, а со всей программой исследований Луны с помощью беспилотных аппаратов Китай намерен справиться за 13 лет. По словам Оуянга, китайская лунная программа будет выполняться в три этапа. Сначала планируется запустить на орбиту Луны исследовательский зонд «Chang’e I». Этот полет должен состояться не позднее 2007 года. Зонд «Chang’e I» должен будет провести стереосъемку поверхности Луны, проанализировать состав лунного грунта на предмет наличия там полезных компонентов, определить мощность этого лунного грунта и исследовать космическую среду, располагающуюся между Землей и Луной.
На втором этапе предполагается отправить на Луну несколько спускаемых аппаратов и луноходов. И на завершающем третьем этапе планируется отправить на Луну аппарат, который сможет собрать образцы лунного грунта и доставить их на Землю для исследований.
В Японии на конец 2006 г. запланирован запуск космического аппарата для исследования Луны — зонда «Selene-1». Он будет, наверное, самым крупным лунным зондом: его вес составит 2885 кг. Его планируется вывести на окололунную орбиту высотой 100 км., и на нем будет установлена научная аппаратура общим весом 300 кг. С помощью приборов этого зонда планируется составить полную карту распределения минералов по поверхности Луны и исследовать радиоактивные элементы в лунном грунте. Следующим этапом программы, до 2015 года, станет разработка непилотируемого многоразового космического корабля на базе японского ракетоносителя Н2А.
Еще десять лет у японских разработчиков уйдут на создание пилотируемого корабля, подобного российскому «Союзу». В отдаленной перспективе Япония планирует организовать на Луне строительство обитаемой станции с целью приступить к разработкам лунных недр. Для успешной реализации столь амбициозной программы потребуется до 280 млрд. иен (около 2,5 млрд. долл. США) в год.
В гонку по изучению и освоению космоса включилась и Индия. Руководитель Индийского управления по космическим исследованиям Мадхаван Нейр еще в сентябре 2004 г. объявил, что Индия собирается осуществить в ближайшие годы запуск к Луне беспилотного исследовательского зонда «Chandrayan 1». Орбитальному лунному зонду предстоит составить карту распределения минералов по лунной поверхности и провести ряд научных экспериментов. В числе последних фигурирует проект сброса на лунную поверхность «снаряда» весом 20 кг. Этот «снаряд» исследует поверхность, на которую он упадет, и проведет съемку облака лунной пыли, которое поднимется при ударе «снаряда» о поверхность. Полученные изображения будут использованы для исследований лунного грунта. Для этого на нем будет установлен хроматограф, который сможет с высокой точностью определить наличие и содержание на поверхности Луны различных химических элементов и минеральных образований.
Беспилотная лунная миссия будет стоить всего 3,8 млрд. индийских рупий (83 млн. долл.), и эту сумму Индия, по всей видимости, может себе позволить. По словам Нейра, пилотируемая лунная экспедиция обошлась бы в 100 млрд. рупий (2,2 млрд. долл. США). Он также сообщил, что космический бюджет Индии за последний год составил 500 млн. долл. В проекте участвуют европейское (ESA) и американское (NASA) космические агентства. Вывод на орбиту первой индийской непилотируемой космической станции предполагается осуществить в 2007-2008 годах.
Законодательные аспекты
В настоящее время существует две международные конвенции, регламентирующие разведку и разработку ресурсов в космосе, на Луне и других космических объектах – это Конвенция об открытом космосе от 1967 г. и Конвенция о Луне от 1979 г.
Конвенции об открытом космосе, ратифицированная странами-членами ООН, запрещает кому-либо закреплять свое право на ресурсы, находящиеся в космосе. Конвенция о Луне, запрещающая использование космического пространства с целью извлечения прибыли, открыта для подписания, но не ратифицирована, поскольку все страны-члены ООН отказались ее подписывать. Таким образом, единственным документом, регламентирующим деятельность в открытом космосе, на Луне и других космических объектах, остается Конвенция от 1967 г. Она объявляет космос территорией, открытой для любого изучения ее человеком, пока эта деятельность соответствует международному законодательству, как записано в Уставе ООН.
Практика жизни, в частности, добыча ресурсов морского дна, показала исключительную сложность решения всей гаммы вопросов при международном сотрудничестве. Есть опасение, что освоение космических тел для практических целей вызовет ещё больше проблем. И решать их следует сейчас с глубоким пониманием перспектив для всего человечества.
Совершенно очевидно, что эта глобальная проблема может быть решена только в рамках хорошо организованного и спланированного международного сотрудничества, основанного на полном доверии сторон. Формами такого сотрудничества могут быть: — осуществление совместных проектов и программ по изучению и освоению ближнего космоса; — передача технологий, выделение кредитов, участие в разработке техники и технологий добычи планетарных ресурсов; — совместное создание на Луне и Марсе обитаемых долговременных космических баз;
— сотрудничество в добыче и распределении планетарных минеральных ресурсов.
Если человечество примет решение об освоении Луны и Марса, заселение этих планет, вероятно, будет происходить в два этапа, оба включающие как необходимое условие добычу минеральных ресурсов.
Первый этап – создание долговременных стационарных баз. На этом этапе более эффективным с точки зрения затрат будет добыча такого сырья, как кислород, вода и метан на месте, а не доставка их с Земли.
Второй этап – заселение планетарных баз исследователями и производственниками. Это сделает добычу и переработку планетарного минерального сырья — строительных материалов, металлов, гелия-3 и др. рентабельным. Большая часть проектов заселения Марса включает также, в конечном счете, преобразование поверхности и атмосферы Марса по образу и подобию земных.
Это дорогостоящие амбициозные проекты, которые под силу осуществить только на основе сотрудничества США, России, стран ЕС, Китая, Японии, Индии и других стран. Кстати, сегодня они гораздо более реалистичны, чем ранее. Для сравнения: проект «Гелий-3» рассчитан на 50 лет и требует 60–70 миллиардов долларов, для того, чтобы только приблизиться к решению этой задачи. И это без учета, что наземная инфраструктура также должна быть подготовлена к восприятию такого проекта.
Освоение космоса открывает новые возможности и перспективы для развития цивилизации, и это следует глубоко осознать. Результаты исследований и экспериментов в ближнем космосе способствуют дальнейшему развитию медицины, биологии, геологии, связи, производства промышленной продукции в вакууме и антигравитационной среде, энергетики, знаний в изучении климата и прогнозирования погоды, материаловедения, сельского хозяйства, мониторинга состояния природной среды и освоению минерально-сырьевых ресурсов Мирового океана. Упустить этот шанс – значит, не понять веяние времени. Следует признать, что эта мудрая задумка человечества – один из путей выживания в нашем непростом мире!
