Руководство по терраформированию: Луна

В последнее время мы снова заговорили о Луне — да и не только мы, вон директор ЕКА как на Луну хочет — поэтому грех не вернуться к теме терраформирования. В этот раз — Луны. С самого начала космической эпохи ученые и футурологи исследуют идею трансформирования других миров под нужды человека. Этот процесс — известный как терраформирование — требует использования методов геологической и экологической инженерии для изменения температуры планеты или луны, атмосферы, топографии, экологии, чтобы сделать ее больше похожей на Землю. И будучи ближайшим к Земле небесным телом, Луна давно считается подходящим местом.

Известно, что колонизация и/или терраформирование Луны должны проходить относительно просто, если сравнивать с другими телами. Из-за ее близости, время для транспортировки людей и оборудования на поверхность и с нее будет значительно снижено, как и расходы. Кроме того, ее близость означает, что извлекаемые ресурсы и продукты, произведенные на Луне, можно будет отвозить на Землю регулярно, да и туристическая отрасль должна развиваться.

Колонизация Луны в фантастике

Тема создания человеческих поселений на Луне всегда была одной из самых популярных тем научной фантастики. И в то время, как подавляющее большинство историй описывают лунные поселения, которые строятся на поверхности с использованием герметичных куполов или под поверхностью, есть несколько примеров, в которых сама Луна является приятной и дружелюбной для проживания средой для людей.

Самый ранний известный пример — это, пожалуй, короткий рассказ «La Journée d’un Parisien au XXIe siècle» («День парижанина 21 века»), написанный французским автором Октавой Беллар. Вышедшая в 1910 году история рассказывает, как атмосфера Луны постепенно менялась и как выращивались растения, чтобы превратить Луну в рай для исчезающих видов и человеческих колонистов.

В 1936 году американская писательница К. Мур написала «Потерянный рай», роман про контрабандиста и космического рейнджера, живущего в колонизированной Солнечной системе. В романе Луна представлена как некогда плодородное место и описывается, как она постепенно стала безвоздушной пустыней. В 1945 году британский писатель К. Льюис написал роман, в котором Луна была домом для расы экстремальных евгеников.

Артур Кларк написал несколько романов и коротких рассказов про лунные колонии в 50-70 годы 20 века. В 1955 году он написал «Земной свет, в котором лунное население попало под перекрестный огонь, когда началась война между Землей и альянсом Венеры и Марса. В 1961 вышел роман «Лунная пыль», в котором туристический крейсер «Селена» погружался в море лунной пыли.

В 1968 году вышел знаменитый роман Кларка «Космическая Одиссея 2001 года», часть которого развивается на колонизированной Луне, где нашли загадочный монолит (магнитная аномалия Тихо). «Свидание с Рамой», выпущенный в 1973 году, также упоминает колонизированную Луну, которая стала частью объединенных планет Солнечной системы.

Роберт Хайнлайн тоже писал о людях на Луне. Среди его раннего — «Космическое семейство Стоун» (1952), про семейку Стоунов, живущую на Луне, которая хочет покинуть дом и исследовать Солнечную систему. В 1966 году он получил премию Хьюго за роман «Луна — суровая хозяйка», в котором подземная лунная колония снабжает Землю едой и минералами.

Нехватки в романах про Луну, как колонизированную, так и терраформированную, конечно, нет. Но это фантастика. Давайте посмотрим, как обстоят дела в реальности.

Наука лунных поселений

За последние несколько десятков лет предлагались многочисленные варианты строительства колонии (или колоний) на Луне. Большая их часть возникла на заре космической эпохи, планы прорабатывались как в СССР, так и в США с развитием программы «Аполлон». В последние годы стало поступать больше предложений вернуться на Луну к 2020-м и вновь пробудился интерес к созданию постоянного поселения. Тем не менее есть несколько научных предложений, которые появились еще до 20 века.

К примеру, в 1638 году епископ Джон Уилкис — английский священник, естествоиспытатель, член Лондонского королевского общества — написал «Рассуждение на тему нового мира и другой планеты», в котором предсказал появление колонии людей на Луне. Легендарный русский инженер, ракетостроитель, ученый и космонавт-теоретик Константин Эдуардович Циолковский предлагал при своей жизни (1857-1935) построить космический лифт и выдвигал предположение, что лунное поселение станет важным шагом в становлении человечеством покоряющего космоса вида.

К 1950-м и 60-м годам предложения стали расти как снежный ком — вместе с появлением программы «Аполлон» возникли и планы разместить астронавтов на Луне на постоянной основе. В 1954 году Артур Кларк предложил построить лунную базу из надувных модулей и накрыть их лунной пылью для изоляции.

Самое первое поселение по его плану потребует строительства зданий по типу иглу и надувной радиомачты, за чем последует строительство большого постоянного купола. Кларк предлагал очищать воздух фильтром на основе водорослей, ядерным реактором генерировать энергию и электромагнитными пушками запускать грузы и топливо для межпланетных судов в космосе.

В 1959 году Джон Райнхарт — директор Mining Research Laboratory в горной школе Колорадо — опубликовал предложение под названием «Базовые критерии для застройки Луны» в журнале Британского межпланетного сообщества. Его концепция «плавучей базы» включает полуцилиндры с полукуполами на обоих концах и микрометеороидный щит над базой. Основана такая идея была на том, что в те времена считалось, что на Луне океаны пыли глубиной в полтора километра в некоторых местах.

В то же время возникли планы по размещению военных баз на Луне. Среди них проект «Горизонт» — американский план построить форт на Луне к 1967 году. ВВС США также предложили проект «Люнекс» в 1961 году, который подразумевал создание подземной базы ВВС на Луне к 1968 году.

В 1962 году Джон Денике (менеджер программы перспективных программ NASA) и Стэнли Зан (технический директор по исследованиям лунных баз в космическом отделении компании Martin) опубликовали предложение построить лунную базу. Их идея включала строительство подповерхностной базы, расположенной в Море Спокойствия, которая будет полагаться на ядерные реакторы для энергии и системы фильтрации из водорослей.

В последние годы многие космические агентства набрасывают предложения по строительству колоний на Луне. В 2006 году Япония пообещала построить базу на Луне к 2030 году. Россия сделала подобное предложение в 2007 году, с планами на базу к 2027-2032 году. В 2007 году Джим Берке из Международного космического университета во Франции предложил создать лунный «ноев ковчег», в котором человеческая цивилизация могла бы пережить катастрофическое событие.

В августе 2014 года представители NASA встретились с лидерами отрасли, чтобы обсудить рентабельные способы построения лунной базы в полярных регионах к 2022 году. В 2015 году NASA изложила концепцию строительства лунного поселения, которое будет полагаться на роботов-работников (известных как «Трансформеров») и гелиостаты в процессе строительства. В 2016 году Йохан-Дитрих Вернер, новый глава ЕКА, предложил построить международную деревню на Луне в качестве преемника Международной космической станции.

Возможные методы

Когда дело доходит до терраформирования Луны, возможности и проблемы, связанные с этим, очень похожи на проблемы Меркурия. Во-первых, у Луны есть атмосфера, которая настолько тонкая, что ее можно назвать лишь экзосферой. Во-вторых, летучих элементов, необходимых для жизни, очень мало (водорода, азота и углерода).

Решить эти проблемы можно путем захвата комет, которые содержат водяные льды и летучие вещества, и отправки их на поверхность. Кометы сублимируют, рассеивая эти газы и водяной пар, создав таким образом атмосферу. Эти удары также высвободят воду, которая содержится в лунном реголите, и она скопится на поверхности, образуя естественные водоемы.

Передача импульса от этих комет также могла бы ускорить вращение Луны так, чтобы спутник перестал быть приливно заблокирован. Луна, суточный цикл которой ускорился бы до 24 часов, существенно упростила бы колонизацию и адаптацию к жизни.

Есть также возможность паратерраформирования частей Луны, которое было бы подобно облагораживанию полярного региона Меркурия. В случае с Луной подошел бы кратер Шеклтона, в котором ученые уже нашли водяной лед. Используя солнечные зеркала и купол, можно было бы превратить этот кратер в область с микроклиматом, в которой растут растения и имеется пригодная для дыхания атмосфера.

Возможные преимущества

По сравнению с другими планетами и лунами Солнечной системы, есть ряд преимуществ в колонизации и терраформировании именно Луны. Самым очевидным является ее близость к Земле. По сравнению с Марсом, Венерой, Меркурием или внешней Солнечной системой, стоимость и время транспортировки людей и материалов на Луну и обратно будет существенно ниже.

Кроме того, бомбардировка поверхности Луны кометами потребует меньшего числа комет, чем в случае с Марсом и Венерой, — порядка сотни вместо тысяч.

Наличие водного льда в лунной почве и крупных отложений в южной полярной области позволит также создать поверхностные воды (после того как будет запущен парниковый эффект). Наряду с кометами, бомбардирующими поверхность, можно было бы ввести метановые и аммиачные льды, добытые где-нибудь на Титане и в поясе Койпера. Наблюдать за процессом терраформирования тоже будет проще, поскольку Луна ближе и требует меньше инфраструктуры.

В то же время колонии на Луне будут обладать массой преимуществ. Местная база ресурсов обеспечит возможности для использования ресурсов на месте, а также сырья, необходимого для миссий в глубоком космосе. К примеру, поскольку состав Луны похож на земной, на ней можно добывать минералы и отправлять на Землю. Лунная почва, добытая на поверхности, могла бы использоваться для создания радиационных экранов (защиты от излучения) и поселений под куполом на поверхности.

Лунные запасы водного льда, которого особенно много в южной полярной области, могли бы послужить в качестве постоянного источника воды для колонистов. Еще на верхних слоях лунного реголита много гелия-3, который можно было бы использовать в термоядерных реакторах, обеспечивая постоянное снабжение чистой энергией как лунные колонии, так и Землю.

Лунная база могла бы выступать в качестве отправной точки для миссий в Солнечной системе. NASA подсчитало, что за счет создания лунной базы, которая могла бы использовать местную воду для создания водородного топлива, можно было бы сохранить миллиарды долларов. Такой форпост был бы неотъемлемой частью инфраструктуры, если говорить о пилотируемых миссиях на Марс и строительстве марсианского поселения.

Низкая сила притяжения на Луне и скорость убегания также означают, что миссии, запущенные с Луны, потребуют гораздо меньше ракетного топлива, чтобы достичь космоса. Такое же преимущество позволило бы построить электромагнитную пушку, лунный лифт или другие проекты, которые считаются слишком дорогими для строительства на Земле. Любая из этих структур позволит сократить затраты на перемещение материалов и спутников (вроде космических солнечных батарей) в разы.

И последнее, но немаловажное: создание лунного поселения также обеспечит нас ценной информацией, в частности, о долгосрочных последствиях жизни в условиях низкой гравитации. Эта информация могла бы оказаться полезной в создании постоянной базы на Марсе или других телах Солнечной системы с силой тяжести на поверхности меньше 1 G.

На Луне имеются стабильные лавовые трубы, которые достаточно велики, чтобы вместить целые города, — и это тоже плюс. Такая подземная среда может быть под давлением и вместить пригодную для дыхания атмосферу, а также обеспечит защиту от солнечной радиации.

Возможные проблемы

Терраформирование Луны таит в себе и ряд проблем. С одной стороны, сбор комет и льдов из внешней Солнечной системы потребует инфраструктуры, которой просто не существует и будет дорого создать. По сути, потребуются сотни космических аппаратов, чтобы собрать все ресурсы, и их придется оснастить двигательными системами, которые позволят им совершать поездку в короткий промежуток времени и которых тоже пока не существует.

В то время как длительные периоды времени, проведенные в условиях микрогравитации, как известно, вызывают мышечную дегенерацию и потерю плотности костной ткани, непонятно, как эффект низкой гравитации скажется на постоянном населении и детях, рожденных в таких условиях. Возможно, придется генно-модифицировать земные растения и животных, чтобы они могли жить в лунных условиях, но неизвестно, будет ли это успешным решением.

И, конечно, стоимость всего этого будет астрономической, хотя и меньше, чем можно было бы подумать, и потребует развития в течение нескольких поколений. О преемственности поколений говорить сложно, не говоря уж о том, что обязательства, принятые одним правительством или международным органом, могут не соблюдаться следующим.

У колонии на поверхности будет много проблем. Длинные лунные ночи (длиной в 354 часа) будут означать, что зависимость от солнечной энергии будет невозможна нигде кроме полярных областей. Кроме того, значительные колебания температуры тоже потребуют внесения изменений в конструкции колоний. Любой населенный пункт на поверхности нужно будет защитить и от солнечного излучения.

Отсутствие атмосферы увеличивает шансы на попадание комет и уязвимость к солнечным вспышкам. Луна также периодически проходит через магнитосферу Земли, создавая плазменный кнут, рассекающий поверхность. На светлой стороне бомбардировка электронов приводит к выбросу ультрафиолетовых фотонов и наращиванию отрицательного заряда на темной стороне. Это тоже влечет некоторую опасность для поселений на поверхности.

Как мы уже отметили, ряд этих вопросов можно было бы решить за счет строительства поселений под поверхностью. Но если предположить, что населенные пункты будут зависеть от солнечной энергии, их придется строить вблизи полярных областей, чтобы пользоваться наличием вечного света в этих регионах. Альтернативой могли бы стать термоядерные реакторы, работающие на гелии-3. Но это, опять же, дорогостоящий вариант и пока недоступный.

Зачем? Об этом мы уже сказали. Но самым главным, пожалуй, станет присутствие человека на Луне. Это присутствие послужит ступенькой к присутствию на Марсе, Венере и в других местах Солнечной системы. Еще один шаг в нашей межпланетной — или даже межзвездной — гонке.