Две базы на 46 стран

В высшей степени готовности, как сообщалось на последних брифингах NASA, находится проект «Артемида» (Artemis), который реализует 31 страна-участница под руководством NASA. Это набор миссий возрастающей степени сложности: в 2026 году предполагается совершить пилотируемый облет Луны на корабле Orion, в 2027-м — высадить астронавтов на поверхность спутника, а в 2028-м — создать постоянную базу Gateway на лунной орбите и установить жилой модуль на поверхности в районе южного полюса. Поначалу программу хотели форсировать: еще в первый срок своего президентства Дональд Трамп пообещал высадку на Луне в 2024 году и даже нашел поддержку в NASA, но ближе к часу икс директор космического агентства Билл Нельсон заявил, что это нереально, поскольку командам Artemis требуется больше времени для решения сложных вопросов безопасности. На сегодня США выполнили только первую миссию: в ноябре 2022 года беспилотный корабль Orion с манекеном на борту совершил два тестовых облета спутника и благополучно приводнился в Тихом океане.

Параллельно воплощается проект Международной лунной научной станции (МЛНС), который объединяет 15 стран, в том числе Россию и Китай. Еще в феврале 2021 года РФ и КНР подписали меморандум о совместном строительстве базы на спутнике Земли — как тогда предполагалось, к 2030 году. Недавно к проекту присоединились еще 13 стран, а сроки появления МЛНС были сдвинуты на пять лет. Станцию планируется возвести у южного полюса Луны, поскольку, по расчетам, там имеется ценный ресурс — лед, из которого можно добывать воду, а значит, и энергию с помощью электролиза. Если базу удастся сделать энергонезависимой от земной метрополии, станет возможной колонизация небесного тела, что еще недавно казалось фантастикой.

Темп проекту МЛНС задают по большей части китайцы: тайконавта планируется доставить на Луну уже через четыре года. И судя по тому, что в текущем десятилетии все космические начинания КНР, от посадки спускаемого аппарата на обратную сторону спутника до возвращения на Землю взятых там проб грунта, успешно претворяются в жизнь, это вполне осуществимо. У китайцев под лунный проект уже построен космодром Вэньчан на острове Хайнань, готова ракета «Чанчжэн-10», тестовый полет которой намечен на следующий год, сконструированы пилотируемый корабль «Мэнчжоу» и посадочный аппарат «Ланьюэ» (последние пока не испытаны в космосе), разработаны скафандры для экипажа. Схема высадки повторит проект «Аполлон» 1969 года: корабль доставит «Ланьюэ» на лунную орбиту, тайконавты перейдут в него, после чего спустятся на поверхность. Проведя серию экспериментов, они вернутся в аппарат и взлетят к орбитальному модулю, который отвезет путешественников на Землю. На недавней пресс-конференции представитель Китайского управления пилотируемых программ Чжан Цзинбо заверил, что КНР твердо нацелена отправить людей на Луну до 2030 года.

Сейчас создается инфраструктура для российско-китайской базы. В этом году обе страны подписали меморандум о сооружении лунной электростанции — эти критически важные технологии, связанные с атомной энергетикой, разрабатывают российские ученые. На спутнике команде потребуются источники энергии, которые позволят людям в суровых, по земным меркам, условиях, где день и ночь длятся по 14 земных суток, а температура колеблется от +150 до −150 градусов, заниматься производством и проводить научные эксперименты. Привычные солнечные панели здесь не подходят, их мощности для этих целей недостаточно. Кроме того, в полярных районах солнечные батареи ненадежны: там всегда темно. Кстати, именно по этой причине в данной области могли скопиться запасы льда, на которые так рассчитывают первопроходцы.

Основой лунной энергоустановки станут уже существующие в России модульные малые реакторы, но сначала их придется адаптировать для внеземного пространства. Реакторы должны будут выдержать старт с Земли, перелет, посадку. Кроме того, требуются новые системы охлаждения и работа с размером установки: она должна уместиться в конкретный диаметр ракеты. По словам директора Института космических исследований РАН Анатолия Петруковича, все это в сумме дает довольно большой набор технических проблем, которые сейчас решают ученые-ядерщики.

Параллельно в Институте геохимии и аналитической химии (ГЕОХИ) им. В. И. Вернадского РАН тестируют технологию изготовления стройматериалов для будущей базы из аналога лунного грунта. В качестве сырья используется имитатор реголита VI-T из пепла и золы камчатского вулкана Толбачик, максимально похожий на оригинал по химическому и минеральному составу.

«Аналог лунного грунта производится методом лазерного спекания, при котором мощный и тонкий луч направленного света сплавляет частицы исходного материала. В результате получается образец размером 5 на 15 миллиметров с характеристиками твердости, достаточными для применения в условиях космоса», — объясняет младший научный сотрудник лаборатории геохимии Луны и планет ГЕОХИ РАН Иван Агапкин. По его словам, технология позволяет оперативно создавать небольшие изделия сложной формы: винтики, болты, кольца и прочие малогабаритные конструкции. Однако метод энергозатратен, поэтому его применение возможно только после появления на Луне развитой энергетики.

Эксперименты показывают, что психологическая устойчивость участников межпланетных полетов, даже разных возрастов и культурных ценностей, достижима. Основной проблемой в таких миссиях станет воздействие радиации

В России также идет независимая от международных партнеров работа над средствами доставки на спутник людей и грузов. Ключевое звено нашей лунной программы — многоразовый пилотируемый корабль нового поколения «Орел», который строится с 2009 года. Предполагается, что его первый полет состоится в 2029 году. «По сравнению с “Союзом”, на котором космонавты сейчас летают к МКС, “Орел” будет примерно в два раза больше. Соответственно, на нем сможет лететь экипаж не из трех, а из четырех или даже шести человек; кроме того, там большой запас по полезному грузу. Корабль имеет мощные двигатели, предназначенные для межпланетных маневров, а также усиленную термозащиту и многоразовую спускаемую капсулу. Выводить его за пределы атмосферы будет ракет “Ангара”, старт — с космодрома Восточный», — рассказывает Анатолий Петрукович.

Этим летом стало известно, что Совет РАН по космосу разрабатывает программу научного освоения Луны до 2060 года. «В соответствии с текущими планами орбитальную станцию “Луна-26” запустят в 2028 году. Ее главная задача — выбрать подходящие посадочные площадки. Затем, в 2029 и 2030 годах, на южный и северный полюсы спутника будут направлены посадочные модули “Луна-27.1” и “Луна-27.2”. Еще через три-четыре года состоится миссия “Луна-28”, которая доставит на Землю образцы реголита. Предполагается также запустить орбитальную станцию “Луна-29”; помимо исследований, она будет выполнять функции ретранслятора. В 2035–2036 годах к спутнику отправят “Луну-30” с тяжелым луноходом для длительных научных изысканий», — сообщает президент РАН Геннадий Красников.

Секрет суслика

Одной из самых сложных задач в этом квесте видится приспособление человеческого организма к выживанию на Луне, в 400 тыс. километров от материнской планеты. Ничего подобного люди еще не испытывали: форпост на МКС, где удалось создать условия для жизни, расположен примерно в 800 раз ближе. Сила тяжести на спутнике в шесть раз меньше, чем на Земле. Это будет сказываться на опорно-мышечном аппарате «лунатиков»: из-за сниженных нагрузок их мышцы могут атрофироваться.

«На Луне людям придется ходить иначе, чем на Земле. В условиях микрогравитации у них уменьшится мышечная масса, снизится плотность костей, — поясняет заведующий лабораторией структуры и функций мышечных белков Института теоретической и экспериментальной биофизики (ИТЭБ) РАН Иван Вихлянцев. — Мы эволюционно приспособлены выдерживать гравитационную нагрузку, свойственную Земле, и у нас, в отличие от других приматов, ходящих на четырех лапах, максимально развиты медленные, тонические волокна, которые держат в тонусе всю нашу двуногую конструкцию. А на Луне гравитация меньше. И там через полгода у человека медленные волокна атрофируются. Быстрые, вероятно, останутся на прежнем уровне, потому что людям придется много двигаться. Но когда они вернутся на Землю, придется нелегко: ощущения будут такие, словно на спину навесили груз в 50 килограммов и заставили бежать».

Между тем на нашей планете существуют виды, у которых нет подобных проблем, — это так называемые гибернизирующие животные, которые на зиму впадают в спячку: медведи, барсуки, ежи, суслики и др. Если бы ученым удалось разгадать их секрет, это бы очень помогло лунным поселенцам. «Когда, к примеру, суслик выходит из зимней спячки, он, несмотря на мышечную атрофию, способен практически сразу куда-то бежать, кусаться, драться, добывать корм, — констатирует Иван Вихлянцев. — То есть даже в этом состоянии он не испытывает никаких проблем с двигательной активностью и имеет никаких нарушений — ни в сердце, ни в скелетных мышцах. Потом зверь начинает усиленно питаться, восстанавливать мышечную массу — и вот он уже такой же активный и сильный, каким был до спячки».

В экспериментах с гибернизирующими животными ученые установили, что для поддержки выносливости мышц в человеческом организме необходимо каким-то образом сохранять высокомолекулярные формы белка титина — они поддерживают выносливость мышц, подвергающихся атрофии в космосе. В теории на основе его изоформ можно сделать таблетку, но на практике это пока реализовать не удалось — требуются дополнительные исследования.

Еще более сложную проблему представляет влияние невесомости на мозг. Длительное пребывание в космосе вызывает изменения в структурах мозга, отвечающих за восприятие и движение, а также в вестибулярной коре, которая играет важную роль в ориентации, равновесии и восприятии движения.

Кроме того, на Луне, которая, как известно, не имеет защитного магнитного поля, на людей будет воздействовать космическое излучение — это порождаемая остатками сверхновых звезд галактическая радиация и радиация, испускаемая Солнцем, в основном протоны, ядра гелия и электроны. Космические частицы станут бомбардировать все системы человеческого организма: мышцы, кости, мозг, глаза и т. д.

«Если говорить о дозовой нагрузке, то 12 дней на МКС по уровню облучения эквивалентны году работы пилота гражданской авиации. Четыре года на МКС сравнимы с 50 годами профессиональной работы на атомной электростанции. А на Луне для получения дозы, эквивалентной полувеку на АЭС, достаточно всего 60 дней, — комментирует старший научный сотрудник лаборатории изотопных исследований ИТЭБ РАН Светлана Сорокина.

По мнению ученого, чтобы защитить колонистов от жесткой радиации, для них придется строить укрытия из реголита, а в качестве дополнительного щита, вероятно, использовать технологии, отработанные на МКС, — самыми эффективными здесь, как ни удивительно, считаются шторки, набитые влажными салфетками особого состава. За ними располагаются спальные места.

Рассматривается также возможность бороться с космической радиацией методами биоинженерии. «Уже сейчас обсуждаются предложения превентивно заменять хрусталик глаза у космонавтов на искусственный, чтобы избежать катаракты — распространенной проблемы у тех, кому подолгу приходится существовать в условиях микрогравитации и космического излучения. Или удалять селезенку, которая сильно повреждается радиацией. Рассматривается возможность минимизировать нагрузки в особо опасные периоды путем введения человека в гибернацию с помощью инертных газов, понижения температуры и давления, но пока это немасштабируемая технология из-за дороговизны производства ксенона, — отмечает Светлана Сорокина. — Не исключается и генная инженерия: редактирование генома для повышения устойчивости к радиации. Но это вопрос не ближайшего будущего, связанный к тому же с огромными этическими проблемами».

Да и далеко не все особенности лунной адаптации уже изучены. Например, неизвестно, как невесомость и радиация влияют на репродуктивную систему. Исследования, проведенные на однояйцевых близнецах с опытом и без опыта космических полетов, показывают высокий риск развития нейродегенеративных заболеваний и депрессивного синдрома у тех, кто проводил некоторое время вне Земли.

Эволюция в изоляции

Нельзя сбрасывать со счетов и вероятность возникновения у будущих колонистов психологических проблем. «Классический пример — инцидент на американской орбитальной станции Skylab в 1973 году. Астронавты, переутомившиеся от работы по 16 часов в день, впали в депрессию, перестали выходить на связь и просто сидели у иллюминаторов. После этого при подготовке полетов пришлось пересмотреть нормы нагрузки и ужесточить психологический отбор. Обычно кризис наступает в середине миссии, когда первоначальный энтузиазм сходит на нет, а до возвращения еще очень далеко. Таким образом, мы имеем дело с тройным ударом: радиация, невесомость и изоляция. Их совместное действие порождает комплекс проблем, которые невозможно решить одной “таблеткой”», — заключает Светлана Сорокина.

В наши дни психологические аспекты межпланетных полетов, в частности способность выдерживать длительную изоляцию в замкнутом пространстве, отрабатываются на Земле. Исследования показывают, что психологическая устойчивость в таких экспедициях все же достижима.

Критически важные технологии для освоения Луны связаны с созданием энергоустановок на основе модульных малых реакторов. Эти инновации есть в России, но их нужно адаптировать под условия космоса: они должны выдерживать взлет и посадку и умещаться в ракету

Так, в эксперименте «Роскосмоса», РАН и Европейского космического агентства «Марс-500» 2007–2011 годов, который имитировал пилотируемый полет на Красную планету, участники — трое россиян, двое европейцев и один китаец — были изолировали поэтапно на 14, 105 и 520 суток в специальном комплексе, состоящем из нескольких соединенных между собой модулей общим объемом 550 кубометров. Условия там были аналогичные реальным: «экипаж» сам принимал решения при распределении ограниченных ресурсов — воды, пищи и других расходных материалов. «На борту» не было естественного освещения и доступа к свежему воздуху, душ разрешался раз в 10 дней. По мере «удаления от Земли» связь с ЦУПом осуществлялась с задержкой до 40 минут в одну сторону. Несмотря на культурные различия, экипаж сохранил доброжелательные отношения и никто не сошел с дистанции досрочно. Испытания подтвердили эффективность используемых сегодня методов психологического отбора и поддержки. У добровольцев выявили лишь нарушения сна и снижение двигательной активности — вполне ожидаемые проблемы. Было также зафиксировано снижение уровня основного обмена веществ, что указывает на возможность сокращения запасов провизии в реальном полете.

Год назад в Институте медико-биологических проблем (ИМБП) РАН завершился похожий международный наземный изоляционный эксперимент SIRIUS-23, моделирующий полет на Луну шести добровольцев — двух мужчин и четырех женщин разных возрастов и профессий, с разными культурными ценностями. Среди задач, которые они выполняли, оказались стыковки с грузовыми транспортными кораблями, облет спутника с поиском места для прилунения, высадка на поверхность спутника, дистанционное управление ровером. На каждом этапе применялись специальные тренажеры и комплексы виртуальной реальности. Помимо этого, моделировались нештатные ситуации: двое суток без сна, нехватка кислорода и еды, радиационный шторм, солнечная вспышка, проезд на луноходе в поисках льда. Как отмечали специалисты ИБМП РАН, отслеживавшие состояние команды, в первые четыре месяца психологическая близость членов «экспедиции» росла, в качестве наивысшей ценности участники научились выбирать доброжелательность и доброту. И хотя там все же возникли определенные межличностные проблемы, «экипаж» продемонстрировал высокий уровень сплоченности. По возвращении из годового «рейса» все «путешественники» чувствовали себя удовлетворительно, а самым непростым испытанием, по их словам, оказалась информационная диета: письма от родных и новости выдавались подопытным дозированно и подконтрольно.

Первопроходцами станут роботы

Несмотря на многолетнюю подготовку экспедиции, Россия на начальном этапе все же делает ставку на дроны и телеуправляемые аппараты. Предполагается, что машины будут выполнять большую часть научных задач: вести поиск и разведку полезных ископаемых, размещать и устанавливать научное оборудование, а также заниматься подготовкой Луны к использованию в качестве промежуточной базы для межпланетных перелетов. Над созданием такой техники сейчас трудятся в ГЕОХИ РАН. «Для геологической и геофизической съемки и разведки предложена концепция тяжелого лунохода “Робот-Геолог”. Эта машина сможет преодолевать расстояние не менее 500 километров. Она будет оснащена научно-навигационным комплексом для оптического и спектрального картирования рельефа и состава поверхности грунта, комплексом геологической разведки для изучения минерального состава реголита по всему маршруту и комплексом геофизической разведки для изучения структуры верхних слоев лунного грунта и его электромагнитных свойств. Луноход имеет два манипулятора для сбора образцов на поверхности и установку для бурения на глубину до трех метров», — перечисляет Евгений Слюта, заведующий лабораторией геохимии Луны и планет ГЕОХИ РАН. В институте также ведется разработка робота весом около 300 килограммов с условным названием «Геолог-Разведчик», который будет оснащен шнековой буровой установкой с масс-спектрометром для бурения и изучения состава и содержания летучих компонентов и водяного льда в лунном грунте непосредственно в процессе бурения без отбора образцов. Имеется и концепция легкого лунохода «Геофизик» весом до 50 килограммов, предназначенного для изучения структуры реголита на глубине нескольких десятков метров, распределения крупных камней и глыб в грунте и магнитных аномалий. На луноходе планируется установить систему технического зрения, георадар и магнитометр-градиентометр для крупномасштабной геофизической разведки. Все машины должны обладать высокой степенью автономности и выполнять программу исследований самостоятельно, под минимальным контролем человека.

Если базы на Луне удастся сделать энергонезависимыми от земной метрополии, впервые станет возможной колонизация небесного тела, что еще недавно казалось фантастикой

В 2026 году Совет РАН по космосу представит детальную программу лунных роботизированных миссий. Экспедиции с участием космонавтов станут следующей фазой российского освоения спутника — после 2035 года.