Мы вполне можем дожить до колонизации Луны и Марса

Космическое агентство НАСА планирует в ближайшем будущем начать строительство базы на Луне, пишет The New York Times. Дома на спутнике собираются печатать на 3D-принтерах. Однако, предупреждает автор статьи Дебра Камин (Debra Kamin), до начала колонизации придется решить несколько важных проблем.

Луна как магнит снова манит нас к себе

Полвека назад астронавты миссии "Аполлон-17" провели три дня на этом изрытом оспинами шаре, гравитационное притяжение которого воздействует не только на земные океаны, но и на наше воображение. В течение 75 часов астронавты ходили по Луне в скафандрах и разъезжали в луноходе, а человечество наблюдало за происходящим с экранов телевизоров на расстоянии 386 тысяч километров. Программу "Аполлон" закрыли после возвращения на Землю и приводнения в Тихом океане в декабре 1972 года. С тех пор Луна висит там в небе, пустая, неизученная и манящая.

Сейчас НАСА планирует вернуться туда — на сей раз надолго. Чтобы это произошло, агентство возведет на Луне дома, которыми смогут пользоваться не только астронавты, но и простые граждане. Считается, что к 2040 году американцы уже создадут там первое муниципальное образование. Колонизация Марса тоже не за горами. В научном сообществе поговаривают, что установленные НАСА сроки чрезмерно амбициозны, особенно без доказанного успеха новой высадки на Луну. Но все семь ученых, что дали интервью для этой статьи, верят в достижимость цели к 2040 году, если и далее придерживаться контрольных показателей.

Космическое агентство США доставит на Луну 3D-принтер, а затем слой за слоем соорудит здания из специального лунного бетона на основе каменной крошки, фрагментов минеральных руд и пыли, оседающей на верхнем пласте изрытой кратерами поверхности Луны и поднимается ядовитыми облаками всякий раз, когда ее потревожат. Реализация столь смелого проекта стала возможна благодаря новым технологиям и партнерствам с университетами и частными компаниями.

“Мы переживаем поворотный момент, и в некотором смысле он похож на сон, — сказала директор НАСА по развитию технологий Ники Веркхайзер (Niki Werkheiser). — С другой стороны, мне кажется, это было неизбежно”. Г-жа Веркхайзер, чья семья раньше владела небольшим строительным бизнесом во Франклине, штат Теннесси, руководит созданием новых программ, оборудования и робототехники для будущих космических миссий.

По ее словам, НАСА как никогда открыто для партнерства с учеными и лидерами отрасли, благодаря чему игровое поле существенно расширилось со времен миссий "Аполлон". “Все нужные люди собрались в нужное время с общей целью, поэтому я верю, что мы добьемся успеха, — сказала она. — Мы готовы сделать этот шаг вместе, и на то есть все основания, если развить наши основные возможности”.

Как превратить проблему в решение

Среди многих мешающих заселить Луну препятствий — пыль, мелкий абразивный порошок, острый как стекло. Он клубится ядовитыми струями и токсичен при вдыхании.

Но четыре года назад Рэймонд Клинтон-младший (Raymond Clinton Jr.), старший технический консультант отдела науки и технологий Центра космических полетов им. Маршалла НАСА в Хантсвилле, штат Алабама, достал интерактивную панель, чтобы набросать план домов, дорог и посадочных площадок. Да, пыль представляет проблему, но с тем же успехом может стать и ее решением.

Если на Земле дома можно печатать из грунта на основе минералов, подумал он, то лунные постройки логично делать из того, что присутствует на Луне, где перепад температур может составлять до 300 градусов, а дурное сочетание радиации и микрометеоритов представляет опасность как для построек, так и для людей.

НАСА окрестила программу возвращения на Луну “Артемидой” в честь сестры-близнеца бога Аполлона. В ноябре прошлого года первая из пяти запланированных миссий "Артемида-1" стартовала из Космического центра Кеннеди с одними роботами на борту, облетела Луну и благополучно вернулась на Землю. Запланированная на ноябрь 2024 года "Артемида-2" провезет по тому же 10-дневному маршруту экипаж из четырех человек, включая первую женщину и первого чернокожего человека, которые совершат это историческое путешествие. Год спустя стартует "Артемида-3" с высадкой человека на поверхность Луны. Еще две пилотируемых миссии планируется отправить до конца десятилетия.

Доктор Клинтон (71 год) говорит, что точно не доживет до полноценного заселения Луны американцами, но для представителей более молодых поколений эта возможность вполне реальна. “Хотелось бы, конечно, увидеть это самому, — сказал он. — Говоря об устойчивом присутствии человека, имеют ввиду поселение, чьи жители живут и работают на Луне на постоянной основе. Дальше все зависит только от воображения предпринимателей”

“Там нет магазина стройматериалов”

Для достижения поставленной на 2040 год цели НАСА заключило партнерство с компанией строительных технологий ICON, базирующейся в Остине, штат Техас. Впервые финансирование от NASA она получила в 2020 году, а в 2022 объявила о выделении дополнительных 60 млн долларов на космическую строительную систему, которую можно использовать за пределами Земли для печати всего, начиная с площадок для посадки ракет и заканчивая жилыми кварталами — с использованием замешанного на месте бетона. Пока что планы не выходят за рамки визуализации, но для разработки концепций и дизайнов уже привлекли архитекторов из Bjarke Ingels Group и SEArch+ (Space Exploration Architecture).

На 3D-принтере можно напечатать практически любой объект, и ICON сотоварищи рекламируют этот процесс как быстрое и экономичное решение жилищного кризиса в стране.

Патрик Суерманн (Patrick Suermann), врио декана школы архитектуры Техасского университета A&M, тесно сотрудничает с НАСА в вопросе разработки строительной системы, управляемой роботами в космосе.

Решающее значение, по его словам, имеет путешествие налегке, потому что каждый дополнительный килограмм веса с доставкой ракетой на Луну обходится примерно в 1 миллион долларов. По словам доктора Суерманна, перевозить материалы с земли для строительства в космосе нецелесообразно. “И поскольку там нет магазинов стройматериалов, придется либо довольствоваться тем, что есть, либо отправлять только самое необходимое”.

Доктор Суерманн преподавал проектирование и строительство гражданских сооружений в Военно-воздушной академии и строил объекты в самых отдаленных уголках земли: от афганской провинции Гильменд до Северного полярного круга. Строительство в космосе, по его словам, напоминает об одном из усвоенных в ту пору уроков: наибольшие угрозы жизни исходят не от других людей, а от окружающей среды.

Любое отправляемое на Луну оборудование должно тестироваться на Земле, чтобы убедиться в его способности выдержать воздействие окружающей среды, поэтому у центра Маршалла есть более десятка испытательных камер, которые подвергают изделия воздействию теплового вакуума и радиации тех же уровней, что им пришлось бы выдержать вне земных условий. В феврале 2024 года в самую большую камеру поместят для первого испытания принтер ICON.

“Если сможете выжить в наших камерах, то, скорее всего, выживете и в космосе”, — сказал Виктор Притчетт (Victor Pritchett), директор отдела по изучению экспериментальных жидкостей и экологическим испытаниям центра.

В настоящее время ученые НАСА работают над усовершенствованием смеси для имитации лунного бетона, который на время земных испытаний заменит материал, изготовляемый на Луне. В неприметной лаборатории глубоко в недрах одного из невысоких зданий Центра Маршалла, ученые проводят испытания сфер из имитации лунной пыли. Они выглядят не такими уж и большими — просто округлый кусок бетона размером с ладонь, — но при воздействии плазменной горелки они выдерживают температуру до 1870 ℃. Это дает ученым надежду на то, что настоящая конструкция хорошо себя покажет в условиях реальной посадки ракеты, когда температура достигает уровня адского пламени.

“Первое, что должно произойти, — это подтверждение концепции. Действительно ли мы можем превратить грунт на поверхности Луны в строительный материал? Начать разработку нужно сейчас, раз мы собираемся к 2040 году создать на Луне некую среду обитания,” — отметила ведущий геолог проекта Дженнифер Эдмунсон (Jennifer Edmunson).

Конечно, дома состоят не только из стен — даже в космосе людям нужна дверь для входа и выхода, а внутри — предметы, на которых можно сидеть и спать, а также все остальные жизненно важные приспособления.

По словам доктора Эдмунсон, НАСА работает с несколькими университетами и частными компаниями над созданием прототипов космической мебели и внутренней планировки. Исследовательский центр Эймса совместно с учеными из Стэнфордского университета даже выделил из синтетического лунного грунта некоторые минералы, чтобы получить плитку разных цветов — зеленую, серую и белую, — которую можно было бы использовать для кухонь и ванных комнат.

Общее видение ICON и NASA заключается в создании космической системы лунного строительства под названием Olympus, управляемой на Земле механиками с опытом в данной развивающейся области. Для этих технических специалистов подготовительные мероприятия уже начались.

“Через 10 лет строительные технологии могут сильно измениться, включая типы роботов и искусственный интеллект. Что мы можем сделать прямо сейчас, так это разработать стратегии обучения, которые подготовят строителей к наступлению будущего”, — сказал доцент кафедры строительных технологий в Университете штата Луизиана Амирхосейн Джафари (Amirhosein Jafari), который помогает разрабатывать тренинги на основе имитационного моделирования для строительных бригад, которые будут координировать действия с роботами в космосе.

Его коллега Али Каземиан (Ali Kazemian) работает с НАСА над самим материалом для печати, делая акцент на безводном бетоне из имитированных версий лунной скальной породы. Доктор Каземиан видит в богатых лунных минералах еще более глубокий потенциал, чем бетон для 3D-печати: по его мнению, это ресурсы, которые могут широко применяться и на Земле. “Вот все говорят о заселении Луны людьми, — сказал он. — Но есть и другой вероятный сценарий. В какой-то момент у нас на Земле закончатся ресурсы, и тогда пригодились бы шахты и полностью автоматизированные заводы на Луне”.

Ученые из НАСА говорят, что пока слишком рано рассматривать как рыночную стоимость, так и структуру собственности лунных жилищ, признавая при этом, что Луна являет собой потенциально существенный запас неиспользованных ресурсов, и другие страны, несомненно, тоже захотят в долю.

В прошлом месяце Индия посадила на Луну космический аппарат, причем впервые в истории это произошло вблизи южного полюса, где, как полагают, нас ждет ценнейший из ресурсов — вода. Новость об этом прогремела всего через два дня после того, как в том же районе потерпел крушение российский космический аппарат, не сумевший перестроиться на заданную орбиту.

Американские астронавты, как известно, водрузили флаг на поверхности Луны в 1969 году, но в заключенном за два года до этого многостороннем Договоре, который лег в основу международного космического права, прописали, что, по сути, владеть Луной не может никто.

Соглашения Артемиды, подписанные в 2020 году Соединенными Штатами и семью другими странами, обновили принципы мирного совместного исследования Луны и в настоящее время имеют подписантами в общей сложности 29 стран, включая Великобританию, Японию, Италию, Канаду и Бразилию. Примечательно, что ни Китая, ни России среди них нет. Оборона, право собственности и международные претензии на Луну и Марс не входят в компетенцию НАСА, сказала г-жа Веркхайзер, но на данный момент в этой новейшей итерации космической гонки мировое сообщество чувствует себя единым целым.

Луна — не последний рубеж. В стремление НАСА строить на ней заложена более долгосрочная и даже более масштабная цель: добраться до Марса. Луна является практичным перевалочным пунктом, поскольку воду с лунной поверхности можно преобразовать в ракетное топливо. Космический корабль, летящий с Земли на Марс, может сделать остановку на Луне, где астронавты смогут размять ноги, перекусить внутри напечатанной на 3D-принтере конструкции, заправиться и пуститься в дальнейший путь.

В июне в Хьюстоне чествовали четверых добровольцев, выступающих в роли астронавтов НАСА, которые помахали собравшейся толпе, а затем вошли внутрь симулятора Mars Dune Alpha, сооружения площадью 158 квадратных километров, созданного компанией ICON с помощью лавакрита и окрашенного в хрестоматийный марсианский цвет жженой ржавчины. Следующий год они безвылазно проживут в смоделированных условиях, чтобы попрактиковаться в выживании на Марсе в течение хотя бы одного реального дня.