Будущее, в котором Луна будет служить долговременным пристанищем для исследователей-людей, вполне достижимо, но для этого необходимо решить такие серьезные проблемы, как строительство стартовых и посадочных комплексов, борьба с лунотрясениями и создание устойчивой инфраструктуры.
23 июля Консорциум Lunar Surface Innovation Consortium (LSIC) провел семинар по вопросам строительства стартовых и посадочных сооружений, организованный Лабораторией прикладной физики имени Джона Хопкинса (APL). В нем приняли участие специалисты из NASA, промышленности и научных кругов. Все они были нацелены на организацию длительного присутствия человека на лунноq поверхности.
«Посадки и запуски — это невероятно сложные мероприятия, которые являются переломным моментом в любой деятельности по исследованию лунной поверхности», — рассказала SpaceNews Сара Хаснайн (Sarah Hasnain) из APL, соруководитель консорциума по лунным раскопкам и строительству. «Наше устойчивое будущее на Луне начинается с возможности повторного посещения мест и повторного использования инфраструктуры и ресурсов».
По словам Хаснайн, на семинаре обсуждались междисциплинарное принятие решений и технические требования, необходимые «для обеспечения безопасности и устойчивости систем с самого начала».
Некоторые задачи, такие как создание стартовых и посадочных комплексов на Луне, уже стали предметом серьезных исследований и испытаний. Другие концепции, такие как роботизированное строительство или разработка инструментов для раскопок, работающих в суровых лунных условиях, были поддержаны NASA через гранты на исследования для малого бизнеса.
«Я не считаю, что в разработке лунных стартовых и посадочных комплексов есть какие-то препятствия», — говорит Эрик Фрэнкс, возглавляющий компанию Cislune из Калифорнии, занимающуюся лунными раскопками и строительством.
Компания Cislune, за плечами которой несколько исследовательских наград NASA, разработала процесс микроволнового спекания, который позволяет использовать лунный реголит и превращать его в строительный материал для сооружения различных конструкций, включая посадочные и стартовые площадки, места обитания и защитные барьеры. Спекание предполагает нагревание материалов до тех пор, пока они частично не расплавятся и не сплавятся вместе, образуя твердую массу. Эта техника позволяет создавать прочные конструкции из местных ресурсов, уменьшая необходимость транспортировки строительных материалов с Земли.
По словам Фрэнкса, у NASA есть прекрасная возможность использовать запланированный тестовый запуск SpaceX HLS Starship без экипажа перед миссией Artemis 3, во время которой планируется первая высадка экипажа на Луну. По его словам, в ходе полета на лунной поверхности можно будет разместить полезную нагрузку для проведения испытаний.
«Продолжение финансирования и определение приоритетов в создании инфраструктуры помогут сделать посадочные комплексы реальностью», — сказал Фрэнкс.
Требуются прочные конструкции
Кевин Кэннон, старший лунный геолог из Ethos Space Resources в Лос-Анджелесе, говорит, что для регулярных посадок на Луну потребуются прочные конструкции. Он указывает на повреждение площадки во время взлета корабля Starship Integrated Flight Test-1 в апреле 2023 года.
По словам Кэннона, не нужно обладать богатым воображением, чтобы понять, что Starship или Blue Origin Blue Moon, если они попытаются приземлиться на неподготовленную лунную поверхность, выдолбят в грунте гигантские кратеры.
«В Artemis необходимо будет интегрировать твердые посадочные площадки, а многие идеи, такие как укладка плитки на грунт или опрыскивание реголита полимерами, просто не будут работать», — говорит Кэннон.
Аналогичного мнения придерживается Патрик Флауэрс, руководитель отдела материаловедения в компании Redwire из Джексонвилля, штат Флорида.
В прошлом году компания получила премию NASA в размере 12,9 миллиона долларов на реализацию инициативы Mason по созданию инфраструктуры производства из лунного реголита. Mason включает в себя набор технологий для сортировки, уплотнения и спекания местных лунных ресурсов для изготовления посадочных площадок, дорог и фундаментов.
Флауэрс рассказал участникам консорциума о том, что лунные посадочные площадки должны предотвращать и изолировать последствия работы двигателей ракеты от попадания в находящееся поблизости жизненно важное лунное оборудование и его загрязнение.
Что дрожит?
По словам Нермы Калук, дизайнера Skidmore, Owings & Merrill, архитектурно-строительной компании из Сан-Франциско (Калифорния), создание среды обитания и посадочных площадок на Луне может начаться не сразу, поскольку любая лунная инфраструктура столкнется с дополнительной проблемой «лунотрясений».
По словам Калук, сейсмические явления, уже зафиксированные на Луне, позволяют предположить, что если эпицентр лунотрясения окажется вблизи населенного пункта, то оно может повредить посадочные площадки, защитные укрепления, высотные башни, места обитания, укрытия для оборудования и другие конструкции.
«Для того чтобы учесть такие нагрузки при проектировании, необходимы данные о сейсмической активности в реальном месте базового лагеря, в данном случае на южном полюсе Луны», — говорит Калук. В настоящее время таких данных не существует, поскольку сейсмометры миссий Apollo были установлены вблизи лунного экватора.
«Применение традиционного земного сейсмического проектирования сооружений может потребовать иного подхода, когда будет получено больше данных от будущих лунных сейсмометров», — сказала Калук в интервью SpaceNews.
Рекомендации в процессе разработки
Предварительные варианты борьбы с землетрясениями на Луне разрабатываются в рамках руководства по проектированию, дизайну, анализу и строительству лунной инфраструктуры (LIEDAC).
Эти предварительные рекомендации, как рассказал SpaceNews профессор инженерных наук Университета Коннектикута Рамеш Малла, необходимы для успешного создания на Луне мест обитания людей, объектов генерации и распределения солнечной энергии, стартовых и посадочных площадок, горнодобывающих предприятий, объектов связи, а также автомобильных дорог. Малла возглавляет деятельность LIEDAC в рамках Американского общества инженеров-строителей.
«Поскольку инженеры-строители в той или иной форме выполняли ту же работу с самого начала существования человеческой цивилизации на Земле, в том числе в суровых и сложных условиях, они должны и будут играть ключевую роль в планировании, проектировании, анализе и строительстве инфраструктуры на Луне», — сказал Малла.
По словам Маллы, в руководстве будут освещены практические инженерные нужды, сосредоточенные на таких ключевых областях, как необходимые материалы, воздействие на окружающую среду, геотехническое и фундаментное строительство, структурное проектирование и анализ, а также архитектура. Цель — разработать направления для краткосрочных, среднесрочных и долгосрочных миссий и операций на Луне.
По словам Маллы, будущая работа на Луне столкнется с новыми проблемами, «поскольку в настоящее время не существует руководящих принципов или кодексов для проектирования и строительства инфраструктуры на Луне, как на Земле».
