Проект команды "Космические роботы"

Материал из Wiki
Перейти к: навигация, поиск
 «Земля – колыбель человечества, но не может же человечество вечно жить в колыбели?»
                                                                 К.Э.Циолковский

Введение

Мы подошли к тому, чего требовал дедушка космонавтики Циолковский, о чем мечтал Гагарин и к чему стремился Королев — к полетам на другие планеты. Путь человечества в изучении и покорении космоса начинается, как и путь ребёнка, с малых шагов.

Обычно, орбиту Земли относят к ближнему космосу, а другие планеты: Марс, Венеру и т.п. - к дальнему. Луну, по этой классификации, можно отнести как к ближнему, так и к дальнему космосу. Но полёты на Луну имеют слишком много своих особенностей, так что придётся нам отнести Луну к промежуточной области -среднему космосу.

Нет ничего удивительного, что размышлять о базах на Луне люди стали еще задолго до появления космической техники. Истории о путешествиях на Луну придумывали еще древние греки, а первая известная идея постоянного поселения появилась уже в 17 веке. В 1640 году, в третьем издании книги Джона Уилкинса "Открытие мира на Луне или рассуждение, в котором доказывается, что эта планета, возможно, обитаема" говорилось о колониях на Луне.

В 1954 году фантаст Артур Кларк предложил достаточно продуманный проект лунной базы - с надувными модулями, присыпанными лунной пылью для защиты от космического излучения, ядерным реактором, планктоном, вырабатывающим кислород и электромагнитными пушками для отправки грузов на Землю.

Пионер космонавтики Герман Оберт придумывал удивительные проекты лунных вездеходов - один в виде гусеницы, другой - на одной "ноге", с гироскопической стабилизацией.

Не остались в стороне и военные. Концепция космоса как "возвышенности", с которой можно безнаказанно швырять атомные бомбы на противника, вызвала всплеск военного интереса к Луне.

Проект "Horizon", разрабатывавшийся в 1959 году, предполагал первую высадку военных астронавтов на Луну в 1965 году, а к концу 1966 года на Луне уже несли бы боевое дежурство 12 человек. Для создания базы 147 ракет должны были доставить на Луну 220 тонн груза, а для поддержания боеготовности требовалось 64 ракеты и 120 тонн грузов в год. В проекте даже были проработаны меры защиты от десанта советских космонавтов - на дальних подступах база должна была обороняться неуправляемыми ракетами, а на ближних подступах советских космодесантников ждали бы мины с модифицированными для пробития скафандров поражающими элементами.

В 1962 году Джон Денике и Стенли Занн опубликовали в журнале Aerospace Engineering проект лунной базы. На плоском участке Луны (вроде Моря Спокойствия) предлагалось построить немаленькую базу из 30 модулей суммарной площадью 1300 м2. Экипаж базы насчитывал 21 человека, а для энергоснабжения предполагалось использовать атомный реактор. Солнечные батареи рассматривались, но были отвергнуты.

В проекте Уильяма Симса предполагалось строить базу в стене кратера. Трехэтажная база должна была насквозь освещаться окнами наверху, а для защиты от космического излучения в многослойные окна была залита вода.

Не все проекты хотели закапываться под поверхность, например, проект фильмы Boeing 1964 года предполагал достаточно высокую наземную базу: Развитие программы "Аполлон" модифицировало проекты лунных баз под уже разработанные корабли и ракеты. Например, в проекте Филипа Кулбертсона от 1966 года предполагалось развивать лунную базу ежегодными запусками ракеты-носителя Saturn V, а астронавтов возить почти стандартными "Аполлонами", разве что в лунный модуль помещались три человека, а не два.

В 1968 году Джек Лапатра и Роберт Уилсон предложили проект MOONLAB. Предлагалась подземная база с широкой научной программой. В 1976 году экипаж базы должен был состоять из трех человек, которые работали бы на Луне три месяца. К 1981 году продолжительность лунной вахты планировалось довести до года. В 1982 году к трехэтажной базе должны были добавиться оранжереи, а в 1984 году ожидалось прибытие главного научного прибора - 100-сантиметрового телескопа. К этому времени планировалось, что экипаж базы достигнет 24 человек, из которых восемь будут заниматься астрономией. Ожидалось, что для постройки базы хватит "всего" 37 запусков.

Несмотря на триумф программы "Аполлон", золотой век американских проектов лунных баз закончился - космический бюджет сильно сократили, а из того, что осталось, львиная доля уходила на разработку Спейс Шаттла, для которого Луна была отдаленной целью - сначала планировалось обжить околоземную орбиту.

Советская лунная программа породила серьезно разрабатывающийся проект лунной базы, а понимание, что первыми на Луне будут американцы, добавило лунным базам весомости - длительные экспедиции с опорой на базу выглядели гораздо более серьезными, чем американские полеты "прилетели - набрали камней - улетели". Еще в 1962 году С.П. Королев поручил Владимиру Бармину (создателю стартовых сооружений для всех тогдашних космических ракет) задачу создания проекта лунной базы. Проект получил названия "ДЛБ" (Долговременная Лунная База), "Звезда" и неофициальное "Барминград". Проект был достаточно детально проработан. На первом этапе район обследовался автоматами - одни зонды смотрели с орбиты, другие возвращали на Землю образцы грунта, а луноходы разведывали район будущей базы непосредственно. Затем на Луну отправлялся "лунный поезд" с четырьмя космонавтами. Модули "поезда" были выполнены на луноходных колесах с приводом на каждое колесо. Это позволяло без особых трудов собрать приземляющиеся поодиночке модули, а затем, образовав своеобразный автопоезд, совершать поездки по окрестностям. Главной научной задачей базы была лунная геология, так что удобство перемещения было очень кстати. В полный состав базы, как ожидалось, должны были войти 9 модулей. Интересно, что модули имели складную часть, которая раскрывалась уже на Луне: В развернутом виде площадь каждого модуля составляла 22,5 м2, а полный экипаж "Барминграда" мог составлять 9-12 человек. Конструкция даже была частично отработана на людях - макет блока использовался в одном из экспериментов по длительной изоляции в Институте медико-биологических проблем РАН. К сожалению, в 1974 году была закрыта программа ракеты-носителя Н-1, и лунную базу стало не на чем выводить. Ставший к тому времени генеральным конструктором всей советской космической программы В.П. Глушко не отказался совсем от идеи лунной базы, и некоторое время разрабатывал проект "Вулкан-ЛЭК", где в качестве носителя предполагалась РН "Вулкан". Линейка ракет-носителей, тяжелым вариантом которой был "Вулкан", со временем превратилась в "Энергию", а от второго варианта лунной программы остался вот такой рисунок посадочного аппарата.

В 70-х годах, с закрытием программы "Аполлон" и советской лунной программы, о лунных базах стали мечтать гораздо реже.

Основная часть

На орбите Земли давно уже летают обитаемые орбитальные станции. Между тем, лунная орбитальная станция, а тем более, лунная база, по-прежнему остаётся лишь мечтой. Но эта мечта вполне осуществима, если действовать постепенно, поэтапно. Сначала можно создать лунную орбитальную станцию, которая будет упрощённой модификацией МКС. Потом - автоматическую базу на поверхности Луны. А потом - и обитаемую базу.

1. Создание орбитальной станции на орбите Луны. Первым этапом создания постоянно действующей базы на спутнике должно стать создание орбитальной станции по типу существующей МКС. Создание орбитальной станции на орбите Луны позволит получить полезный опыт, который будет использован при создании космических кораблей для более дальних полётов.

2. Размещение на Луне. Изучая карту лунной поверхности и проведя подробный анализ полученных знаний, мы очередной раз убедились, что место для строительства базы было нами выбрана правильно. Это южный полюс Луны. И это вполне объяснимо, так как в этом районе Луны встречаются сразу четыре стратегически важных типа поверхности нашего спутника:

2.1. Области вечной тени. Наиболее известным примером такой области является дно кратера Шеклтон. Этот крупный кратер диаметром в 20 километров является ближайшим к Южному полюсу Луны. Мы уверены, что за миллиарды лет на дне кратера скопилось много замершей воды, выделявшейся из периодически падающих комет. В связи с этим дно кратера можно использовать, как источник воды и ракетного топлива. Кроме того области вечной тени являются идеальным местом для размещения лунной астрономической обсерватории, состоящей из крупных оптических и инфракрасных телескопов.

2.2. Пики вечного света. Вблизи вечно затемнённых кратеров находятся возвышенности, которые наоборот почти всегда освещены солнечными лучами. Данные области являются идеальными для размещения на Луне солнечной электростанции, солнечных телескопов для наблюдения за Солнцем, а также жилых модулей лунной базы.

2.3. Обратная сторона Луны. Данная область характерна тем, что с неё никогда не видна наша Земля. Поэтому здесь можно разместить крупные радиотелескопы, которым не будут мешать земные радиопомехи.

2.4. Видимая сторона Луны. Сторона, с которой всегда видна наша Земля. Данная область отлично подходит для размещения антенн связи, которые обеспечивают постоянную связь лунной базы с домом. Примером такой области являются гора Малапер, которые расположены к северу от Южного полюса и кратера Шеклтон

3. Создание комплекса на поверхности Луны. Предварительные исследования показали, что лунная база, в реальных условиях, по началу, должна быть полностью автономной. Там будут работать только роботы автоматы. Они будут готовить место для строительства базы, затем приступят к строительству самой базы (энергоустановки, оранжереи, жилые модули и т.п.).

4. Развёртывание первого комплекса солнечных батарей. Первые роботы-автоматы проводят ряд экспедиций по поверхности Луны, целью которых является возведение комплекса солнечных батарей, который обеспечит непрерывное снабжение базы электроэнергией. Первые солнечные батареи доставляются и устанавливаются автоматическими аппаратами. Они обеспечат снабжение энергией первичных модулей.

5. Создание первичных жилых модулей. После создания первой части комплекса солнечных батарей, которая обеспечит электроэнергией первичные модули, на поверхность Луны спускаются два модуля.

5.1 Конструкция и сборка первичных модулей. Модули сделаны из многослойного синтетического материала. Дело в том, что модули надувные. Надувную станцию в свернутом виде гораздо проще доставить на орбиту, чем модули обычных станций. Другими ее преимуществами являются больший объем, меньший вес и, возможно, меньшая стоимость. В развернутом виде, модули имеют форму цилиндра длиной 15 м и диаметром 3 м. После развертывания модулей свою работу начинают роботы-строители. Для лучшей защиты от перепадов температур и радиации первичные модули покрываются слоем грунта толщиной 1 – 1.5 м. Под грунтом на такой глубине температура в ходе лунных суток почти не изменяется. Первичные модули обеспечат космонавтов жильём до создания подлунных жилых отсеков.

6. Расширение комплекса солнечных батарей. Следующим этапом освоение базы, является высадка на поверхность Луны - космонавтов. Экипаж состоит из двух человек, первой задачей которых является расширение комплекса солнечных батарей до уровня, который обеспечит энергией строительную технику. Космонавты управляют строительными аппаратами и обеспечивают их срочный ремонт. Техника управляется из модулей дистанционно. Управление из модулей выгоднее управления с орбитальной станции, а тем более с Земли, в отношении отсутствия временной задержки сигнала. Экипаж первичных модулей проводит работы по увеличению площади комплекса солнечных батарей. Данная система обеспечит снабжение электроэнергией базы при постройке (работу техники). Во время стабильной работы подлунных жилых отсеков базы энергия солнечных батарей будет обеспечивать энергией инфраструктуру базы и жилые отсеки.

7. Создание подлунной базы-поселения. С помощью ранее доставленных бурильных установок под поверхностью Луны создаются пустоты, внутри которых строятся жилые отсеки. Необходимая глубина определяется по результатам разведывательной операции. Бурильные работы проводятся аппаратами, управляемыми космонавтами из первичных модулей. Размещение основных отсеков базы под поверхностью Луны обеспечит защиту от перепадов температур, солнечной радиации и падения метеоритов. Оптимальное расположение и глубина размещения подлунных отсеков базы устанавливается по результатам разведывательной операции, которая проводится ранее автоматическими аппаратами.

8. Концепция создания системы обеспечения жизнедеятельности. Под системой обеспечения жизнедеятельности (СОЖ) базы-поселения понимается широкий комплекс оборудования, технологических процессов и действий направленный на получение, очистку, переработку, удаление, анализ и контроль состава материальных компонент, необходимых для длительного автономного существования базы и поддержания жизнедеятельности экипажа. Все системы СОЖ должны, во-первых, дублироваться, во-вторых, иметь на случай аварийной ситуации резервные ресурсы и по возможности взаимодействовать одна с другой (желательно создать экологически замкнутую СОЖ, основанную на биолого-физико-химическом круговороте веществ). СОЖ обеспечивает материальный баланс человека, который характеризуется обменом веществами с внешней средой.

Параметры элементов СОЖ Таб.1

Потребление в нормальных условиях г/сут.:

кислород 755±90

вода 2400±240 белки, жиры, углеводы, соли 547±60

Общая масса 3700±450 г/сут.

Выделение г/сут.:

углекислый газ 900±90,

продукты выделения 2780±420.

Общая масса 3680±510 г/сут.


В состав СОЖ базы-поселения входят следующие основные системы:

- обеспечение радиационной, метеорной защиты;

- система обеспечения газового состава;

- система водообеспечения;

- обеспечение питания;

- система утилизации и переработки отходов;

- система регулирования температуры и давления;

- санитарно- гигиеническое и микробиологическое обеспечение;

- медицинское, в том числе психосоциальное, обеспечение.

Обеспечивать базу кислородом на первых этапах её существования придётся кислородом, привезённым с Земли. В дальнейшем кислород будет производиться из лунного грунта. На данный момент разработана схема получения. На основании дистанционного исследования лунной поверхности с Земли и изучение спутника по программам «Apollo» и «Луна», получены данные о содержании порядка 10% ильменита в лунном грунте. Основную часть этой породы составляют оксиды FeO*TiO2, что позволит получать из грунта воду и кислород по следующей схеме:

4FeO*TiO2+СH4=4Fe+4TiO2+2H2O+CO2,

Электролиз: 2 H2O→ O2+2H2.

Дополнительное количество кислорода может быть получено из продуктов предыдущих реакций:

2H2+CO2= СH4+O2,

Полученный метан, замыкаясь на первую реакцию, работает в замкнутом цикле. Для получения 1кг кислорода потребуется 118кг лунного грунта с содержанием ильменита 8-10%.

Содержание до 50% кремнезема SiO2 в лунном грунте позволяет рассматривать схему получения кислорода по следующей реакции, использующей в замкнутом цикле фтор:

SiO2+4F= SiF4+O2,

Электролиз SiF2→ Si+4F.

Для выхода 1 кг кислорода потребуется переработать 4,15 кг лунного грунта, содержащего 45% кремнезема. Кремний может быть использован для изготовления ячеек солнечных батарей.

В условиях отсутствия связей с биосферой Земли создание биологической подсистемы, такой как оранжерея, приобретает огромную значимость. Кроме снабжения базы кислородом (с 10 м2 посева салатных растений возможно получение 200-250 г. кислорода в сутки), оранжерея задействуется в системе питания, микробиологического обеспечения, водообеспечения (испарение растений), психологической релаксации.

Помещения заполняются воздухом, завозится почва с Земли, обеспечивается освещение сельхоз зоны с помощью гелиостата. Сначала высаживаются травы и кустарники, затем деревья.Изначально используются деревья средней полосы, так как они выделяют больше кислорода, нежели деревья, например тропиков. Через некоторое время могут быть высажены фруктовые деревья и овощи, это позволит снабжать космонавтов базы пищей не только с Земли. В долгосрочной перспективе сельхоз зона базы может быть развита вплоть до введения животноводчества, что позволит обеспечивать жителей базы пищей автономно.

9. Создание промышленного космического комплекса. После начала стабильной работы подлунных отсеков базы, космонавты, живущие на базе, начинают постройку промышленных объектов. Создаются зоны добычи кислорода, карьеры, где добываются полезные ископаемые, и первые подземные отсеки, которые производят материалы, необходимые для расширения базы. Промышленный космический комплекс обеспечит возможность производства и запуска космических аппаратов в далёкие экспедиции по изучению и покорению космического пространства.

10. Обеспечение промышленного комплекса электроэнергией. Комплекс солнечных батарей, построенный ранее, должен обеспечить промышленный комплекс на первых этапах его существования. Далее комплекс сам будет производить солнечные батареи. По мере развития базы, площадь солнечных батарей можно будет увеличить за счёт использования кремния, добытого на Луне. Так, например разработка карьера размером 100х100 м и глубиной 10 м позволит добыть до 40 тыс. т кремния, который может быть использован для изготовления ячеек солнечных батарей; этого количества хватит для кремниевых фотоэлектрических преобразователей площадью примерно 12 кв. км. При современной эффективности типовых солнечных батарей электростанция по мощности будет равна, например, Ново-Воронежской АЭС или в три раза превысит мощность ДнепроГЭС. Естественно, такая мощность обеспечит работу промышленного комплекса базы. Но альтернативным способом получения электроэнергии может стать использование атомной электростанции, работающей на гелии-3.

11. Создание космодрома. Космонавты производят постройку крупного космодрома, который будет позволять отправлять космические аппараты не только к орбитальной станции , но и к планетам солнечной системы, а в дальнейшем за её пределами. Космодром располагается на крупной равнине. Причём создаётся космодром, не только отправляющий корабли, но и принимающий. Выделяется определённая территория, которая будет служить зоной для посадки космических аппаратов.

Заключение

В данной работе представлен план по созданию базы-поселения и промышленного космического комплекса на Луне. Данный проект обеспечивает решение основных проблем создания базы и проживания на ней людей. Предложены оптимальные проекты по обеспечению электроэнергией, кислородом. Создание базы-поселения и промышленного комплекса позволит превратить Луну в так называемую «космическую пристань», что является важным этапом в освоении космоса.


Источники информации:



На визитку команды

На список проектов всех команд

На страницу проекта Самара. Космос. Новый виток

На главную