Лунная база NASA: радиация, метеориты и холод, главные угрозы

MIT Technology Review пишет о «второй космической гонке»: на этот раз к поверхности Луны наперегонки идут США и Китай, а рядом, ряд других стран и частных космических компаний. По словам участников, речь идёт уже не о флагах, а о постоянно обитаемых базах. В этом году NASA под руководством администратора Джареда Айзексмана (Jared Isaacman) выступает со множеством смелых заявлений. Если всё пойдёт по плану, который, по оценке издания, скорее всего обойдётся в десятки миллиардов долларов на старте, там появятся дроны, роботизированные посадочные аппараты, спутники связи и атомная электростанция, а также теплицы для растений, сейсмодатчики и механизированные разведчики для поиска воды в кратерах.

Первые экспедиции астронавтов на поверхность США сейчас планируют начать в 2028 году, они будут посвящены исследованиям и испытаниям технологий. Идея в том, чтобы к 2030-м годам перейти к жилым помещениям для долгих сроков пребывания, окружённым научными станциями, предприятиями по добыче и переработке ресурсов и посадочными площадками. Руководитель программы лунной базы NASA Карлос Гарсия-Галан (Carlos García-Galán) говорит: «Это будет огромная территория», в сумме «сотни квадратных миль». Китай, по словам издания, имеет почти такие же планы. Важно прийти первым, потому что «победитель» определяет правила: станет ли Луна военным плацдармом, промышленным центром или заповедной территорией для науки.

Другие причины лететь: на Луне лежат древние породы, хранящие следы формирования Солнечной системы; из-за почти полного отсутствия атмосферы это идеальное место для телескопов; а запускать ракеты с поверхности Луны с низкой гравитацией гораздо экономичнее, чем с Земли. Генеральный директор Европейского космического агентства Йозеф Ашбахер (Josef Aschbacher) называет обратную сторону Луны «фантастическим местом для изучения дальней Вселенной», а саму Луну, «ступенькой» к Марсу и дальше.

Но трудностей много. База должна быть безопасной для людей и защищённой от астероидов, космической радиации, острой лунной пыли и температурных перепадов, а ещё в какой-то мере самоподдерживающейся, чтобы пережить смену политических курсов и не требовать разорительных расходов. Для этого нужно использовать ресурсы самой Луны и автономных роботов, способных строить и обслуживать базу без людей. Саймон Миддлбург (Simon Middleburgh), содиректор Института ядерного будущего при Бангорском университете в Уэльсе, говорит: «Это почти как начинать цивилизацию с нуля».

Температура. Днём на Луне может быть больше 250 °F, ночью, ниже, 200 °F, а в вечно затенённых кратерах южного полюса, где NASA хочет строить базу из-за предполагаемых запасов водяного льда, ниже, 410 °F. Вне этих кратеров астронавтов ждёт 14 суток палящего Солнца и такая же долгая морозная ночь. Это, по мнению издания, одна из самых простых проблем: материалы, радиаторы и обогреватели справляются, но скафандры проверены только на коротких выходах, и неясно, как долго они выдержат такие условия.

Радиация. Она двух видов. Галактические космические лучи почти постоянно бомбардируют Луну; их частицы несут огромную энергию и пробивают тонкую защиту, порождая вторичные частицы, поэтому тонкий экран опасен. Физик из Космического центра имени Джонсона NASA Стюарт Джордж (Stuart George) отмечает, что они «рождаются при вспышках сверхновых и слиянии нейтронных звёзд». Второй вид, солнечные вспышки и выбросы корональной массы. Исследователь Флоридского космического института Филип Мецгер (Philip Metzger) говорит: во времена «Аполлона» знали, что при мощной вспышке, пока экипаж на Луне, «спасти его будет невозможно». Спасение, вернуться в хорошо защищённое укрытие, но астронавты могут быть на вездеходе за много миль от базы. Выбросы корональной массы идут до Земли и Луны от часов до нескольких суток, а вспышки могут дойти меньше чем за час, и прогнозировать их пока сложно: по словам Джорджа, сейчас это как прогноз погоды в 1950-60-х годах. От космических лучей защитит только толща грунта: Крис Дрейер (Chris Dreyer) из Центра космических ресурсов Горной школы Колорадо предлагает строить жилые модули под землёй, например в лавовых трубках. NASA пока о подземной базе не говорило, но для маленького лунного города, по мнению издания, ему это может понадобиться. Из-за радиации суммарное время астронавта на поверхности за всю жизнь ограничено примерно двумя годами, по оценкам экспертов.

Метеориты. Астронавты «Артемиды-2», облетая обратную сторону Луны этим годом, видели вспышки, взрывы мелких метеороидов о поверхность. Земля защищена атмосферой от камней диаметром примерно до 50 футов, у Луны такой защиты нет, поэтому она постоянно подвергается «ударам мелких космических пуль», способных пробить скафандр или двигатель вездехода. Физик Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Филип Любин (Philip Lubin) сравнивает: «На Луне такого варианта нет». Планетолог-сейсмолог Университета Мэриленда Николас Шмерр (Nicholas Schmerr) считает, что простейший ответ, «захоронение»: засыпать стены базы лунным грунтом или поместить модули в лавовые трубки. Но даже заглублённые модули плохо переживут удар астероида в 50 футов (около длины полуприцепа). Против более крупных тел есть арсенал планетарной защиты: миссия DART показала, что астероид можно отклонить, врезавшись в него аппаратом, а эксперименты в закрытых лабораториях США, по данным издания, указывают, что ядерный взрыв может отбросить или испарить опасный камень. Телескопы, например ATLAS и скоро запускаемый инфракрасный NEO Surveyor, стремятся в ближайшие годы найти 90% околоземных астероидов, способных уничтожить города (около 460 футов в поперечнике). Однако 50-футовые астероиды заметны слишком поздно: их, скорее всего, увидят незадолго до удара. Издание допускает, что на Луне можно разместить несколько пусковых площадок, стреляющих по приближающемуся камню, но Любин предупреждает: «Если разбить его на тысячу кусков, на Луне будет тысяча ударов. Это может быть хуже, чем позволить ему упасть в одно место».

Доступный фрагмент статьи обрывается на середине рассказа о защите от астероидов, поэтому дальнейшие выводы автора здесь не пересказаны.

Ключевые факты

• США сейчас планируют начать первые экспедиции астронавтов на поверхность Луны в 2028 году, а жилые помещения для долгих сроков пребывания, в 2030-х; план, по оценке издания, обойдётся в десятки миллиардов долларов только на старте.
• База NASA, по словам руководителя программы Карлоса Гарсии-Галана, займёт «сотни квадратных миль»; у Китая, по данным издания, почти такие же планы по собственной базе.
• Южный полюс, который выбрал NASA, холоднее остальной Луны: в кратерах температура может быть ниже, 410 °F, а вне их, 14 суток Солнца и столько же ночи.
• Радиация ограничивает суммарное время астронавта на поверхности примерно двумя годами за жизнь (оценка экспертов); защита, захоронение модулей в грунт или лавовые трубки.
• Метеориты на Луне не сгорают в атмосфере; даже заглублённая база плохо переживёт удар 50-футового астероида, а такие тела заметят лишь незадолго до столкновения.

Почему это важно

Материал показывает, что разговор о лунных базах упирается не в рекорды, а в базовую инженерию выживания: температура, радиация, метеориты и пыль. По словам издания, первенство важно ещё и потому, что «победитель» определяет, чем будет Луна, военным плацдармом, промышленным центром или территорией для науки. Среди других причин лететь названы древние породы, идеальные условия для телескопов и более дешёвые запуски к другим планетам с поверхности Луны.

Кому это важно

Прежде всего тем, кто следит за космическими программами и техническими ограничениями долгих пребываний на Луне: инженерам, исследователям космоса, наблюдателям за гонкой США и Китая. К ИИ в узком смысле статья отношения почти не имеет, но в ней упомянуты автономные роботы, которые должны строить и обслуживать базу без людей.

Как это применить

Прямого практического применения у обзора нет, это карта проблем, а не руководство. Полезнее всего читать её как перечень вопросов к любым заявлениям о лунных базах: где будут жить люди (под грунтом или на поверхности), как защитят от солнечных вспышек, что будет с метеоритами и пылью и откуда возьмётся вода. Решение для лунной пыли в доступной части текста не названо: сказано лишь, что она липкая и разъедает оборудование.

Можно ли доверять

Это публицистический обзор MIT Technology Review, в котором ключевые утверждения подкреплены цитатами названных специалистов с указанием места работы. Оценка стоимости («десятки миллиардов долларов») принадлежит самому тексту, а не официальной смете NASA. Планы 2028 года и 2030-х сформулированы как намерения («если всё пойдёт по плану»), а год 2100, как условный пример. Доступный фрагмент статьи оборван, итоговых выводов автора в нём нет.

Риски и подводные камни

Сроки и объёмы условны: 2028 год, текущие планы США, жилые модули, «идея» на 2030-е. Предупреждения о солнечных вспышках звучат серьёзно: прогнозировать их сложно, а вспышка может дойти меньше чем за час. Планетарная защита пока опирается на один успешный опыт (DART) и лабораторные эксперименты, а не на проверенное средство против 50-футовых астероидов. Ещё один вопрос, деньги: по словам Мецгера, всё сводится к «приемлемому риску гибели» и к тому, что можно пережить, «не разорившись».

«Это почти как начинать цивилизацию с нуля.»

— Саймон Миддлбург, содиректор Института ядерного будущего при Бангорском университете (Уэльс)