Подготовка человечества к экспансии за пределы Земли вышла на финишную прямую
Земные проблемы, затянувшие в конфликты крупнейшие страны мира, не остановили подготовку к первой после полувекового перерыва отправке людей на Луну — с новыми задачами и технологиями. В следующем году ракета NASA Space Launch System (SLS) должна доставить к «хозяйке ночного неба» космический корабль Orion с четырьмя астронавтами на борту, которые совершат облет спутника. Аналогичные пилотируемые лунные экспедиции готовят Россия и Китай. Все эти проекты должны показать, смогут ли земляне создать на других небесных телах условия, подходящие для пребывания там людей — хотя бы временного. Это вызов не только для науки и техники, но и для физиологии и психологии человека. С помощью ученых «Монокль» попытался оценить ближайшие внеземные перспективы нашего вида.
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.
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.
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.
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.
2026 г. Artemis II. Испытательный полет вокруг Луны космического корабля Orion с экипажем на борту, направляемого ракетой-носителем Space Launch System (SLS).
С 2026 по 2030 г. Две миссии в рамках создания Международной лунной станции по отработке технологий посадки и доставки грузов, а также по возвращению на Землю образцов лунной породы.
2027 г. В рамках Artemis III предполагается осуществить первую после миссии Apollo 17 высадку человека на Луну.
2028 г. Artemis IV, сборка экипажем обитаемой орбитальной станции Gateway.
2028 г. Запуск российской орбитальной станции «Луна-26», главная задача которой — выбрать подходящие площадки для посадочного аппарата.
2029 г. Запуск на южный полюс Луны посадочного модуля «Луна-27.1».
2030 год. Запуск на северный полюс Луны посадочного модуля «Луна-27.2».
2030 г. Доставка тайконавта на Луну на корабле «Ланьюэ».
2030 г. Artemis V с астронавтами на борту сядет у южного полюса Луны (при этом впервые будет испытан посадочный модуль Blue Moon).
2031 г. Artemis VI осуществит четвертую по счету посадку на Луну с экипажем и доставит на Lunar Gateway шлюзовый модуль, который будет служить обитателям станции для выхода в открытый космос.
2033 г. Миссия «Луны-28», которая доставит на Землю образцы лунного грунта.
2034 г. Запуск «Луны-29», которая помимо исследований будет выполнять функции ретранслятора.
С 2031 по 2035 г. Доставка на орбиту и на поверхность Луны всей необходимой для МНЛС инфраструктуры: в том числе комплексов связи, а также электроэнергетического, исследовательского и транспортного оборудования.
2032 г. Artemis VII осуществит пятую пилотируемую высадку на Луну, в ходе которой на ее поверхность будет доставлена ракетой SLS Block 1B обитаемая мобильная платформа Lunar Cruiser («Лунный крейсер»). Это будет лунный автомобиль, в котором экипаж из нескольких астронавтов сможет совершать поездки длительностью до сорока пяти дней.
2033 г. Artemis VIII станет шестой пилотируемой высадкой на Луну. Ракета SLS Block 1B доставит на земной спутник материально-техническое оборудование для жилого модуля.
2034 г. Artemis IX станет седьмой пилотируемой высадкой на Луну. Однако в отличие от Artemis VIII в этой миссии впервые будет использована более новая ракета SLS Block 2.
2035 г. Artemis X станет восьмой пилотируемой высадкой на Луну. С помощью ракеты SLS Block 2 будет доставлено дополнительное оборудование, а астронавты впервые проведут на Луне длительное время в жилом модуле.
2035–2036 гг. Запуск «Луны- 30» с тяжелым луноходом для длительных научных изысканий.
2035 г. Введение в эксплуатацию Международной лунной станции.