Лунные базы. Теория

Лунные базы — это обитаемые многофункциональные станции на поверхности Луны. Они предназначены для того, чтобы обеспечивать безопасность и комфорт первых лунных поселенцев. Базы должны иметь развитую инфраструктуру, полный набор необходимых инструментов, запас медикаментов, кислорода и продовольствия, а также бытовых предметов — всего того, что необходимо человеку для нормального существования и жизни в отличной от привычной и крайне агрессивной среде. Фактически лунные базы — это аналог Международной космической станции, но на поверхности Луны.
Идея о возможности существования человека на космических поселениях вне Земли была высказана еще русским ученым К. Э. Циолковским. Воодушевленный его идеями С. П. Королев вместе с пионерами советского ракетостроения планировал создать сверхтяжелую ракету-носитель Н-1, в том числе чтобы обеспечить долговременные экспедиции на Луну к 1979 году, а затем соорудить на ее поверхности советскую лунную базу «Звезда», она же «Колумб» и «Барминград». Но космическая гонка XX века завершилась. Кроме того, в 1976 году начались работы по программе «Энергия — Буран», в которой использовался принципиально новый сверхтяжелый носитель. Однако «Барминград» — это проект, опередивший свое время. На текущем этапе развития науки и техники создать лунную базу представляется вполне возможным. Принципы строительства лунных баз заключаются в том, чтобы к моменту прибытия космонавтов на Луну все модули уже были бы построены роботизированной техникой. Достаточно доставить на Луну несколько 3D-принтеров, которые будут осуществлять строительство.

При постройке города надо соблюдать следующие правила. Прежде всего, надо выбирать наиболее здоровую местность. Она должна быть возвышенной, не туманной, не морозной и обращенной не к знойным и холодным, а к умеренным странам света, а кроме того, необходимо избегать соседства болот. Если город будет расположен у моря и обращен на юг или запад, он не будет здоровым, так как летом южная часть неба нагревается при восходе солнца и в полдень пылает; точно так же часть, обращенная на запад, при восходе солнца теплеет, в полдень бывает нагрета, а вечером раскалена.

Цитата из работы Витрувия «10 книг об архитектуре»

Выбор места строительства

Можно представить, что у нас есть гигантская бетонная площадка, и на ней мы строим бетонное здание. По сути, Луна сама по себе огромный фундамент. Там нет глинистых или песчаных грунтов, нет подземных вод. Пластичность грунта практически идеальная. Единственное, что предстоит сделать перед строительством лунных баз, — произвести полное обеспыливание близлежащей территории, в том числе космодрома, чтобы исключить налипание частиц реголита на элементы строительной техники.
В наше время стало понятно, что Луна, — это огромный источник всевозможных ресурсов. Вещество Луны содержит практически все элементы, которые есть на Земле, но при этом многие из них на Земле закончатся в ближайшие пять десятилетий. Кроме того, ресурсная база Луны позволит решить проблему энергетики. Например, добывать гелий-3 на Луне в скором времени будет дешевле, чем заниматься активной добычей углеводородов на Земле.
Луну можно использовать как своеобразный «полигон» для освоения дальнего космоса. Экономически и экологически выгоднее запускать космические аппараты с поверхности Луны, соответственно, там собирать крупные космические аппараты, чтобы отправлять их к удаленным областям Солнечной системы. Опыт лунной космонавтики позволит начать разработку пилотируемых комплексов к другим планетам, в частности, к Марсу.

Форма лунной базы и ее наполнение

Лунная база должна иметь такую форму, чтобы ее можно было многократно мультиплицировать, а также была возможность в перепрофилировании тех или иных модулей в зависимости от нужд. Очевидно, что создать базу в расчете на долгосрочное будущее практически невозможно. Задачи и предназначения элементов базы будут постоянно и неизбежно меняться. В то же время на Луне нет факторов, разрушающих здания (осадков, наводнений и ветров), а также низкая сейсмическая активность, поэтому они простоят сотни и тысячи лет.
Наиболее эффективной элементарной единицей лунного поселения можно с уверенностью назвать шестиугольную призму. Такая структура наиболее прочная: чем больше граней, тем больше ребер жесткости, в то же время шестигранники состыковываются между собой без потери полезных площадей. Самое сложное — выбрать размер этой элементарной единицы, чтобы площадь и объемы помещения были наиболее оптимальными.
Предполагается, что система жизнеобеспечения (СЖО) будет такой же, как и на Международной космической станции с небольшими исключениями. Например, гораздо доступнее станут гигиенические процедуры. До тех пор пока люди не научатся добывать воду на Луне, она будет регенерироваться. А вот система утилизации мусора должна быть иной. Если, скажем, на МКС весь накопленный мусор погружается в большие мешки и выбрасывается за борт, где он сгорает в верхних слоях атмосферы, то на Луне этого делать категорически нельзя. Мы придерживаемся принципа «зеленой космонавтики», и он должен лежать в основе освоения Луны.
Поскольку одна из важнейших целей пребывания первых космонавтов на Луне — проведение биологических исследований, то не исключено, что в лабораториях они смогут выращивать фрукты и овощи с помощью аэро- и гидропоники.

Природа сложила человеческое тело так, что лицо от подбородка и верхней линии лба до начала корней волос составляет десятую долю тела, также как и вытянутая кисть от запястья до конца среднего пальца; голова от подбородка до темени — восьмую, и вместе с шеей, начиная с ее основания от верха груди до начала корней волос — шестую, а от середины груди до темени — четвертую. Что до длины самого лица, то расстояние от низа подбородка до низа ноздрей составляет его треть, нос от низа ноздрей до раздела бровей — столько же, и лоб от этого раздела до начала корней волос — тоже треть. Ступня составляет шестую часть длины тела, локтевая часть руки — четверть, и грудь — тоже четверть. У остальных частей есть также своя соразмерность.

Цитата из работы Витрувия «10 книг об архитектуре»

Строительные материалы

Прежде чем строить базу на другой планете, нужно понять, из чего ее делать. В этом отношении Луна крайне интересна. Ее поверхность засыпана реголитом (смесь из обломков метеоритов и коренной породой Луны — базальта). Сам реголит и особенно базальты являются отличными строительными материалами, к тому же после переплавки они становятся газонепроницаемыми. Сооружения из этих материалов будут достаточно крепкими, а учитывая, что на Луне сила гравитации в шесть раз меньше, чем на Земле, это позволит в будущем строить очень высокие здания, высотой в сотни этажей. Кроме этого, сегодняшние технологии позволяют использовать данные материалы для 3D-печати.
Прежде чем думать о материалах для внутренней отделки помещений, необходимо решить, как их утилизировать или экологично и безотходно перерабатывать. Вся внутренняя инфраструктура, бытовые приборы, мебель и другие элементы должны быть сделаны из универсальных перерабатываемых материалов. На данный момент существует достаточное количество прочных и экологически чистых композитных материалов, нужно лишь подобрать подходящие.
На лунных базах будет использоваться солнечный 3D-принтер, где в качестве источника энергии будет служить Солнце. Лунный «день» длится 12 земных суток. За этот период принтер переработает
12 тонн реголита, то есть создаст около 50 м² прочного покрытия.
К тому же принтер можно оборудовать ковшом, отвалом или конвейером для автоматической подачи строительного материала.