Александр Марков - Путешествия к Луне

• Название: Путешествия к Луне
• Автор: Александр Марков
• Издательство: «Физико–математическая литература» МАИК «Наука/Интерпериодика»
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2009
• ISBN: 978-5-9221-1105-8

Книга рассказывает о Луне: о ее наблюдениях с помощью телескопа, об изучении ее поверхности и недр автоматическими аппаратами и о пилотируемых экспедициях астронавтов по программе «Аполлон». Приведены исторические и научные данные о Луне, фотографии и карты ее поверхности, описание космических аппаратов и детальный рассказ об экспедициях. Обсуждаются возможности изучения Луны научными и любительскими средствами, перспективы ее освоения. Книга предназначена тем, кто интересуется космическими исследованиями, приступает к самостоятельным астрономическим наблюдениям или увлечен историей техники и межпланетных полетов.

На лицевой стороне переплета: ракета «Сатурн-5» перед своим первым стартом. Раннее утро 9 ноября 1967 г. Готовится беспилотный запуск «Аполлона-4» на околоземную орбиту.

На последней стороне переплета: фото убывающей Луны, полученное 15 января 1999 г. с помощью 67–мегапиксельной камеры, установленной на 2,2–метровом телескопе Европейской южной обсерватории в Чили (ESO Press Release 02/99. http://www.eso.org/public/outreach/press‑rel/pr-1999/pr-02–99.html).

На переднем форзаце: вид Земли с орбиты. Снимок выполнен экипажем «Аполлона-11» в начале лунной экспедиции.

На заднем форзаце: панорама Луны, восходящая Земля и командный модуль «Аполлона-16». Снимок сделан с посадочного модуля после разделения.

---

Сейчас почти все человечество озабочено развитием глобального потепления на планете. Причины его очевидны: общая эффективность современной мировой экономики находится на низком уровне. По различным оценкам, в среднем около 98 % исходных материалов в процессе обработки превращается в отходы. До сих пор главными энергоносителями для получения около 90 % энергии в мире являются натуральные углеродные топлива (дерево, уголь, нефть, газ). Эта система не только интенсивно истощает природные запасы Земли. Существенной особенностью современных технологий является то, что побочные продукты подобного способа производства энергии образуют от 60 до 80 % всех загрязнений земной среды. При этом ежегодно теряется до 20 % репродуцированного в естественных условиях кислорода и, соответственно, в атмосфере увеличивается концентрация углекислого газа, что ведет к развитию глобального «парникового эффекта». Выделение в атмосферу техногенного метана — газа, играющего существенную роль в формировании парникового эффекта, — уже сейчас сопоставимо с его естественным выделением из недр Земли.

Мы знаем, что наиболее выраженную форму «парникового эффекта» можно наблюдать на Венере, где содержание углекислого газа в атмосфере к настоящему времени достигает 96 %. Постепенно нагреваясь, поверхность Венеры, как известно, оказалась раскаленной примерно до +460 °C. По этому пути движется и Земля.

Конечно, как показали новейшие исследования, средняя температура у поверхности земного шара за последние 100 лет поднялась всего лишь на один с небольшим градус. Однако, начавшись, этот процесс будет нарастать все с большей скоростью. А изменение средней температуры земной среды на несколько градусов может оказаться уже катастрофическим. Результаты исследований по проекту «Гея» под руководством академика Η. Н. Моисеева показали, что изменение средней мировой температуры на 4–5 градусов приведет к катастрофическому глобальному изменению климатических условий на Земле.

Все эти процессы постепенно ухудшают земную среду. Однако корень бед кроется в другом — уже в не столь отдаленном будущем наша среда обитания может быть разрушена полностью из‑за высокого уровня искусственно производимой в мире энергии.

7.2. Земле грозит перегрев?

На верхнюю границу плотных слоев земной атмосферы поступает 1/200 000 000 часть солнечного излучения, что эквивалентно мощности 1,8×1017 Вт. В среднем земная поверхность и облачные образования отражают 35 % падающей радиации, соответственно около 65 % солнечной энергии рассеивается земной поверхностью и атмосферой. Около 15 % приходящей радиации поглощается нижней атмосферой. Оставшиеся 50 % энергии достигают земной поверхности и формируют тепловой режим среды нашего обитания. В абсолютных единицах эта величина составляет 9×1016 Вт, или 90 000 ТВт (тераватт). Такой поток энергии поддерживает все естественные процессы в земной среде и обеспечивает ее глобальную климатическую стабильность. Очевидно, что значительные поступления в земную среду дополнительной энергии могут привести к катастрофическим явлениям в природе с последующим полным разрушением существующего естественного равновесия.

В начальный период прогнозирования техногенной угрозы (1970–1980–е гг.) считалось, что опасный энергетический предел развития современной цивилизации характеризуется уровнем производства энергии, составляющим примерно 1 % от притока солнечной энергии, то есть около 900 ТВт. Более поздние исследования истории климата и природы его глобальных изменений показали, что катастрофические явления в масштабах всего земного шара наступают при долговременном изменении величины солнечной энергии, достигающей земной поверхности, всего на 0,1 %. Исходя из этой оценки, можно определить предел производства энергии внутри земной среды величиной около 90 ТВт. В 2000 г. всемирное производство энергии имело мощность около 13 ТВт и росло примерно на 2 % в год. Большая часть этой энергии в конце концов преобразуется в тепло. Но, как было сказано выше, сам процесс производства энергии с помощью современных технологий вызывает нежелательные изменения в земной атмосфере, которые ведут к появлению и развитию парникового эффекта.

Некоторые ранние признаки разрушительных процессов, таких как глобальные изменения климата или необычно частые климатические катастрофы в различных регионах Земли, мы можем наблюдать уже сейчас.

7.3. Где же выход?

Выход из описанной ситуации давно известен: активное освоение космического пространства, интенсивная индустриализация космоса и использование внеземных материальных и энергетических ресурсов. Ближайшие к Земле небесные тела — Луна и сближающиеся с нашей планетой астероиды — обладают всеми ресурсами, необходимыми для дальнейшего устойчивого развития нашей цивилизации.

Как ни странно, ближайшее к нам планетное тело, Луна, сегодня изучена хуже по сравнению, например, с гораздо более удаленным Марсом. Долгое время бытовало довольно близорукое представление о том, что после посещения Луны человеком это тело уже не представляет интереса в качестве объекта интенсивных космических исследований. До сих пор те, кто определяет политику в освоении космоса, не смотрели на естественный спутник Земли как на часть инфраструктуры нашей цивилизации, необходимую для ее выживания. Пока еще не начаты развернутые и целенаправленные исследования возможных природных ресурсов Луны, поэтому наши знания о лунных ресурсах все еще носят фрагментарный характер.

Наиболее мощным источником космической энергии для нас служит Солнце. Солнечная энергетическая система на лунной поверхности может собирать эту энергию и передавать на Землю с помощью высокочастотных излучателей (СВЧ — системы). Такая система могла бы обеспечить промышленно значимый энергетический выход уже к 2050 г.

Другим известным в настоящее время энергетическим ресурсом Луны является гелий-3, присутствующий в поверхностном слое лунного грунта. Этот изотоп (3Не) можно использовать в наземных реакторах, работающих на принципе термоядерного синтеза, в реакции «дейтерий + гелий-3» (D + 3Не→4Не + р + 18,4 МэВ). По оценкам, 1 т гелия-3 может обеспечивать в течение месяца получение 0,1 ТВт энергии, так что все энергетические потребности нашей цивилизации при их нынешнем уровне могут быть покрыты за счет ежемесячной добычи всего 130 т гелия-3. Основными преимуществами этого способа производства энергии будут значительное снижение выделения газов, способствующих возникновению парникового эффекта (СО2 и др.), практически полное отсутствие радиоактивных отходов и резкое уменьшение потребностей в добыче и сжигании угля, нефти и газа.

Но гелий-3 в естественном состоянии практически отсутствует на Земле: полное количество этого ценного изотопа на нашей планете составляет не более 1 т. Его основным источником в околоземном пространстве является так называемый «солнечный ветер» — поток заряженных частиц, испускаемый нашим светилом. До поверхности Земли, защищенной радиационными поясами, эти частицы не доходят. На Луне же, которая не обладает магнитным полем, аналогичным земному, отсутствует и подобная защита. В течение миллиардов лет рыхлый поверхностный слой Луны насыщался гелием-3. По оценкам, основанным на анализе образцов лунного грунта, запасы гелия-3 на Луне составляют около 10 млн т, во всяком случае, никак не менее 0,5 млн т. Эти запасы, использованные как ядерное топливо, могли бы обеспечить энергетические потребности человечества в течение нескольких тысяч лет. Инженеры уже создали эскизные проекты автоматических агрегатов для добычи гелия-3 на Луне. Каждая такая машина способна перерабатывать сотни тонн лунного грунта в час. Если внутри рабочей камеры за счет солнечных нагревателей поднять температуру до 800 °C, то из обрабатываемого лунного вещества будет извлечено примерно 90 % газа.

Создание промышленного комплекса на Луне потребует использования значительного количества конструкционных материалов. Несложные подсчеты убеждают, что доставка необходимых составляющих с Земли оказывается весьма нерентабельной. Реальная схема построения лунных комплексов должна предусматривать использование лунных материалов. Без учета технологических проблем самая общая оценка показывает, что лунный карьер размерами 100×100 м2 и глубиной всего 10 м может обеспечить получение 40 тыс. т кремния, от 80 до 90 тыс. т кислорода, от 15 до 30 тыс. т алюминия, от 5 до 25 тыс. т железа, 9 тыс. т титана.

Располагая подобными материальными ресурсами, Луна обладает еще одним достоинством — своим положением на околоземной орбите. Создание крупных орбитальных станций около Земли неизбежно потребует существенных затрат. Например, для доставки с Земли на геостационарную орбиту полезного груза общей массой в 1 млн т потребуется израсходовать около 300 млн т топлива и примерно 2,5 млн т конструкционных материалов. При этом в земную атмосферу поступит около 40 млн т загрязняющих веществ. С другой стороны, в случае доставки такого же по массе полезного груза с Луны потребуется всего лишь 90 млн т топлива. Принципиально существует и другая возможность — вынести все энергоемкое и вредоносное производство на Луну, а на Землю доставлять лишь готовый продукт.