Первая розетка на Луне
Иллюстрация: Freepik
Пятого марта глава «Роскосмоса» Юрий Борисов заявил, что Россия и Китай готовятся к совместному исследованию Луны и предполагают в 2030-х доставить туда небольшую атомную электростанцию. АЭС должна работать в автоматическом режиме вне присутствия человека.
Солнечных панелей недостаточно для энергоснабжения будущего лунного поселения. Строительные материалы в перспективе планируется добывать прямо на месте, для чего нужно много энергии. Не только создание автономной АЭС, но и её транспортировка на Луну представляет собой крайне сложную и амбициозную задачу. Для подобных проектов требуются принципиально новые грузовые космические корабли.
Россия
В планах нашей страны - построить атомный буксир «Зевс» на ионной тяге, который помимо доставки грузов будет способен перемещать спутники с одной орбиты на другую, собирать космический мусор и выполнять прочую работу. Согласно расчётам «Зевсу» понадобится менее двухсот суток, чтобы переместить полезную нагрузку в десять тонн с низкой околоземной орбиты на орбиту Луны.
В конце ноября 2023 года правительство одобрило российско-китайское соглашение о сотрудничестве по созданию международной научной лунной станции. Речь идет не только о сооружении базы на Луне, но и о совместных исследованиях.
На первом этапе российские и китайские специалисты должны исследовать спутник Земли, определить место размещения там станции и выверить технологии для безопасной высокоточной мягкой посадки на лунную поверхность. Россия на этом этапе будет применять посадочный космический аппарат «Луна-Глоб».
На втором этапе намечено учредить центр управления лунной станцией, организовать доставку крупногабаритных грузов на спутник, создать орбитальные модули для электроснабжения, коммуникации и транспортировки грузов.
Третий этап предусматривает освоение Луны и расширение по мере необходимости возможностей лунной станции.
У нашей страны есть опыт эксплуатации в космосе реакторных ядерных энергоустановок. В 1960-е и 1980-е их испытывали на космических аппаратах серии «Космос» и экспериментальных стендах «Плазма-А».
С 2010 года в России разрабатывается транспортно-энергетический модуль на базе ядерной энергодвигательной установки. Именно он станет основой космического буксира «Зевс». Буксир включает компактный ядерный реактор, систему преобразования тепловой энергии в электричество, систему отвода избыточного тепла и маршевые ионные двигатели потребляемой мощностью до нескольких десятков киловатт, обладающие удельным импульсом свыше семи тысяч секунд. Запуск в космос тяжёлых радиационных экранов проблематичен, поэтому в «Зевсе» предусмотрена длинная рама, удаляющая источник излучения от отсека с оборудованием и грузом.
США
Тем временем американское космическое агентство NASA завершает начальную фазу проекта Fission Surface Power по созданию концепции атомного генератора электрической энергии, который можно будет опробовать на Луне и впоследствии использовать для освоения Марса.
В 2022-м NASA заключило контракты с тремя партнёрскими организациями, которые обязались создать первоначальные эскизные проекты космических АЭС, проработав вопросы преобразования тепловой энергии в электрическую, сброса избытков тепла, управления генерацией, а также системы распределения электроэнергии для лунных жилищ, зарядки роверов и питания резервных сетей. Обязательное требование к партнёрам - составить график работ, чтобы можно было планировать строительство лунной базы, рассчитанной на эксплуатацию в течение десяти лет. Не желая ограничивать творчество разработчиков, специалисты NASA не стали предъявлять к атомной энергоустановке жёсткие требования, обозначив лишь основные её параметры: масса не более шести тонн и электрическая мощность 40 кВт. При этом реактор должен без обслуживания работать десять лет. Первый год будет считаться демонстрационным, последующие девять - эксплуатационными.
(рисунок: NASA)
«Демонстрация атомного источника энергии на Луне необходима для того, чтобы мы могли убедиться, что создана безопасная, чистая и надёжная технология, - сказал директор программы демонстрационных миссий НАСА Труди Кортес. - Лунная ночь предъявляет непростые требования к технике, так что атомный источник энергии, обходящийся без солнечного света, обязателен для долгосрочных исследовательских программ».
В отличие от солнечных батарей атомный реактор можно разместить в кратерах и расщелинах, куда не достигают солнечные лучи, а потому там могут оказаться запасы льда.
«Мы получаем от партнёров огромное количество информации, - рассказал менеджер проекта Линдзи Калдон. - Нам необходимо время, чтобы обработать собранные предложения и понять, какие идеи нужно отобрать для второй фазы проекта Fission Surface Power». Она начинается в 2025 году, а до тех пор решено продлить первую фазу, чтобы получить от разработчиков как можно больше продуктивных идей.
Недавно NASA заключило контракты с компаниями Rolls Royce North American Technologies, Brayton Energy и General Electric для создания преобразователей тепловой энергии в электрическую с использованием замкнутого контура циркуляции рабочего тела в цикле Брайтона. Перед подрядчиками поставлена непростая задача добиться высокой энергетической эффективности преобразователей.
Япония
Япония в 2019 году объявила о решении присоединиться к лунной программе NASA. Министерство науки и технологий Японии и NASA подписали соглашение о сотрудничестве в области исследования спутника Земли.
Вскоре было объявлено, что к 2035 году японское агентство аэрокосмических исследований JAHA планирует построить на Луне завод по производству водородного топлива. Предприятие должно расположиться в районе южного полюса, где предположительно находятся залежи льда, из которого можно получать питьевую воду, кислород и водород. Последний можно применять в качестве топлива как для перемещения по самой Луне, так и для полётов между ней и окололунной космической станцией.
Строительство подобного завода дало бы возможность значительно снизить затраты на транспортировку топлива с Земли, ускорив темпы освоения Луны и космоса.
Пандемия коронавируса внесла серьёзные коррективы в японские планы. Сегодня известно, что Япония намерена после 2028 года в рамках американской космической программы Artemis отправить на Луну двух своих астронавтов. Сами Соединённые Штаты намереваются в программе Artemis организовать высадку американских астронавтов на Луну в 2026 году, а с 2028-го регулярно посылать туда экспедиции, в которых по предварительной договорённости должны принять участие два представителя Японии. Они, в частности, будут управлять электрическим луноходом Luna Cruiser, который сейчас разрабатывается конгломератом японских компаний во главе с Toyota Motor.
Читайте другие наши материалы
