Космическая фортификация или что и как строить на Луне

Авторская страница Колечина Сергея Евгеньевича; военный инженер-строитель, подполковник в запасе, окончил Ленинградское высшее военное инженерное строительное училище. С 1986 г. по 2002г. служил в 31 ГПИСС руководителем группы отдела проектирования специальных защитных сооружений ракетно-космической тематики. Непосредственно принимал участие в проектировании новых и реконструкции существующих сооружений стартовых комплексов РН "Союз", "Протон", "Рокот", "Зенит", "Ангара" на площадках Байконура и Плесецка. Автор статьи «Что и как строить на Луне» в журнале «Русский космос» за май 2019г и статьи «Космическая фортификация» в интернет-журнале «Новости космонавтики» от 07.10.2020г.

5998035@mail.ru

---

Фортификация (из Большой Российской Энциклопедии): отрасль военно-инж. искусства; военно-технич. наука, разрабатывающая теоретич. основы и практич. способы защиты войск, населения и объектов тыла от воздействия средств поражения путём строительства и использования укреплений.

Космическая фортификация - абсолютно новое невоенное направление.

---

1. Введение

Освоение Луны невозможно без создания на ней комплекса из специальных сооружений, обеспечивающих безопасное функционирование базы и ее экипажа.

Возведение и эксплуатация базы будет происходить в условиях воздействия агрессивных факторов, таких как температурные перепады, космическая радиация, микрометеоритная бомбардировка (сравнимая с артиллерийским обстрелом), вакуум, лунная пыль, пониженная гравитация (1/6 от земной). Эти факторы близки воздействиям, защиту от которых обеспечивают существующие специальные фортификационные сооружения. Кроме того, принципы компоновки внутреннего объема лунных сооружений совпадают с компоновкой существующих шахтных командных пунктов РВСН. Следовательно, нормы проектирования специальных фортификационных сооружений (СФС), в той или иной степени применимы для сооружений лунной базы. Нормы требуют теоретического обоснования и разработки практических способов защиты сооружений от лунных воздействий, что по сути является созданием нового направления военно-технической науки - космической фортификации.

Исследования в этом научном направлении должны ответить на вопросы, что такое лунная база, как возвести и защитить ее, обеспечив безопасность пребывающего экипажа.

2. Лунная база. Объемно-планировочные и конструктивные решения.

2.1 Лунная база – это комплекс в составе нескольких основных и вспомогательных сооружений, которые соединены проходными потернами. Все сооружения расположены на одной площадке и связаны техническими коммуникациями, которые проложены открыто или в проходных потернах (технологических лотках).

При выборе места площадки ЛБ на поверхности Луны необходимо учитывать:
• необходимые габариты площадки,
• отсутствие помех в подлетных зонах лунных кораблей (включая аномальные гравитационные зоны «ямы»),
• рельеф и профиль поверхности, возможность передвижения техники (луноходов),
• возможность устройства грунтового оснований под опоры сооружений.

На габариты площадки влияют:
• размеры сооружений,
• разрывы между сооружениями (например, радиусы безопасности от действия газовой струи при старт-посадке и выполнении монтажных операций),
• разносы или расстояния между дублирующими элементами (например, входными оголовками или вводами коммуникаций), которые не поражаются одним микрометеоритом,
• технологические размеры технических зон, габариты которых ограничены максимально возможной протяженностью инженерных коммуникаций и другими нормами.

Оптимальной конфигурацией комплекса сооружений ЛБ является замкнутый контур, типа “карэ“. Такая конфигурация предпочтительнее по условиям живучести и доступности в любой отсек базы, обеспечивая эвакуацию по не менее чем двум разнесенным проходам в смежные отсеки. Центр площадки внутри контура обсыпанных сооружений и потерн является наиболее защищенным местом от микрометеоритного воздействия, поэтому здесь размещаются главные инженерные системы, такие как энергетическая и теплообменная. Вне площадки размещаются навигационное и связное оборудование, элементы противоастероидной защиты Земли и другие автономные системы.

2.2 Основные сооружения выполняют следующие функции:
• посадка и старт пилотируемых лунных кораблей в автоматическом или ручном режимах управления;
• связь всех видов;
• управление и контроль функционирования всех систем;
• обеспечение бытовых условий для экипажа;
• защита от внешних факторов воздействия.

В состав сооружения включаются помещения максимальной защищенности с режимом полной изоляции, в которых постоянно или временно могут находиться без скафандров члены экипажа. К таким помещениям относятся:
• командный пункт и диспетчерская технических систем,
• операторская мониторинга внешнего пространства (противоастероидной защиты),
• бытовые помещения с сантехнической системой,
• научная лаборатория,
• помещения систем жизнеобеспечения.

В перспективе предусматриваются резервные места для размещения пункта управления и контроля работы автоматизированных комплексов по геологоразведке, добыче, обогащению и транспортировке на Землю полезных предусматривается возможность пребывания на ЛБ "космических" ископаемых производство сверхчистых материалов. Помимо производства и научных исследований туристов.

2.3 Вспомогательные сооружения выполняют функции:
• наведения лунных кораблей на посадочные места при подлете к базе,
• устройство входных порталов с размещением систем шлюзования,
• организации мест хранения (или стоянки) резервных пилотируемых и транспортных лунных модулей, а также хранилищ топлива, окислителя, кислорода, водорода и других расходных компонентов,
• размещения внешнего оборудования энергообеспечения, систем связи и космической навигации,
• кругового освещения и видео-фото наблюдения всей площадки базы,
• видеоконтроля процесса монтажа и эксплуатации соседних сооружений.

В сооружениях размещаются мастерские, ЗИПы, хранилища и другие помещения с эпизодическим появлением в них членов экипажа в гермоскафандрах. Должны быть предусмотрены дополнительные места для размещения перспективного оборудования, например, 3д-принтеров изготавливающие необходимые детали для строительства ЛБ, ремонта вышедшей из строя техники или ее обслуживания.

На фасадах сооружений размещаются панели солнечных батарей с возможностью их наращивания, антенны систем связи и космической навигации и другое оборудование.

2.4 Проходные потерны обеспечивают:
• перемещение между сооружениями без выхода на поверхность,
• организацию системы шлюзования при входе-выходе на поверхность,
• устройство противорадиационного укрытия с микрометеоритной защитой,
• размещение рабочих мест для обслуживания роботизированных мобильных модулей (РММ или луноходов),
• противодействие проникновению пыли в основное сооружение (снятие статического электричества с поверхности скафандра, одноразовые бахилы, пылесос со съемным фильтром и другие меры),
• организацию дополнительных мест хранения расходных материалов (воды, пищи, кислорода и др.) для жизнедеятельности экипажа,
• прокладку коммуникаций (электрические, слаботочные кабели, газовые и жидкостные трубопроводы различных систем и пр.).

3. Защищенность и живучесть

Комплекс сооружений ЛБ должен отвечать требованиям защищенности и живучести в условиях режима полной изоляции (один из штатных режимов эксплуатации СФС) Выполнение требований позволяет сохранить функционирование объекта при более высокой степени поражения от расчетных, внешних или внутренних аварийных воздействий, а также повысить уровень безопасности, включая надежность при необходимости эвакуации членов экипажа.

Защищенность повышают конструктивные решения такие как:
• обсыпка грунтом - от космической радиации,
• защитные тюфяки в совокупности с грунтовой обсыпкой от микрометеоритов и действия газовой струи при взлете-посадке космических аппаратов,
• теплоизоляция внутренних помещений от температурных перепадов,
• разнос и дублирование входов (мест старт-посадки дежурных лунных модулей в случае экстренной эвакуации),
• защита от неравномерных температурных деформаций открытых конструкций.

Живучесть достигается следующими мероприятиями:
• разбивка внутреннего объема ЛБ на отдельные противопожарные незадымляемые отсеки, объем которого составляет не более 600 м3;
• из каждого отсека предусматриваются не менее 2-х переходов в смежные отсеки;
• системой шлюзования между отсеками и при входе с поверхности;
• организация поиска и заделка пробоин и не плотностей в гермоконтуре отсека;
• дублирование и закольцованность коммуникаций инженерных систем жизнеобеспечения, дублирование может реализоваться подключением автономных аварийных инженерных систем каждой секции;
• меры противодействия проникновению во внутренний объем вредных веществ и лунной пыли, путем обработки скафандров по аналогии с технологией прохода через санпропускник в защитных сооружениях;
• учет повышенных противопожарных требований;
• зону прохода отделить дополнительной надувной пленочной конструкцией от люка до люка в соседние секции, В зоне прохода вывести консоли управления оборудованием. Остальной объем отсека заполнить газовым составом с пониженным содержанием кислорода, что экономит воздух и повышает пожаро-взрывобезопасность;
• другие мероприятия (ношение гермоскафандров с аварийным запасом воздуха).

Все компоновочные, конструктивные, инженерные и другие мероприятия и решения влияют друг на друга, поэтому должны решаться и приниматься комплексно учетом всех требований норм и технических заданий. В случае возникновения противоречащих требований к тому или иному элементу сооружения, приниматься должно решение наименее опасное для экипажа.

4. Конструктивные и технологические решения сооружений Лунной Базы (ЛБ).

Основные и вспомогательные сооружения - это вертикальные конструкции башенного типа. Такой конструктивный тип сооружения определяется техническими средствами доставки и технологическими возможностями монтажа, кроме того решается проблема линейного расширения конструкций при температурных перепадах. Монтаж на Луне, так же как и посадку, проще всего выполнять ставя секции друг друга, с помощью посадочно-монтажного ракетного блока.

Для восприятия нагрузок каждая секция обрамлена унифицированным силовым внешним каркасом. Каркасы каждой секции стыкуются между собой по вертикали и образуют единую несущую конструкцию - внешний силовой каркас (типа "этажерки"). Для компенсации различных деформаций и передачи нагрузки в точках стыковки и крепления герметичной оболочки секции на силовой каркас предусмотрены упругие прокладки (демпферы).

В качестве фундаментов силового каркаса используются опорные рамные конструкции. Рамы выставляются в исходное положение и фиксируются анкерами, забитыми в грунт с помощью пиропатронов. При необходимости для плотного прилегания обломков породы к опорной раме, пустоты между ними заполнить металлическим натрием. Опорная конструкция имеет ответную часть для стыковки с первой нижней секцией и силовым каркасом.

Для реализации вертикальной технологии монтажа каждая секция оборудована унифицированными межсекционными стыками двух видов:
• герметические с люками для прохода и конструкциями пропуска коммуникаций,
• силовыми разъемами каркаса.

Все стыки и разъемы многократно используется и доступны визуальному контролю. Каждая секция - это отдельный герметичный противопожарный отсек со своим целевым комплектом оборудования. Оборудование выполняется блоками полной заводской готовности. Для перемещения внутри секции и обслуживания оборудования предусматриваются вертикальные лестницы и промежуточные площадки.

Конструктивно проходные потерны выполняются из гофрированного пленочного материала на пневмокаркасе, в виде секций-«рукавов» переменного сечения, что обеспечивает стыковку смежных секций нужной длины потерны. Конструкция должна быть достаточно гибкой, чтобы учитывать профиль поверхности (уклоны) и повороты в плане, а также быть ремонтно-пригодной (запенивание отверстий, наклейка пластыря). После установки внешняя поверхность потерны фиксируется слоем теплоизоляционного материала (типа пенополиуретановая, специальная монтажная пена или материалы подобного назначения).

Снаружи потерны обкладываются скальными обломками по вспенивающемуся материалу, что обеспечивает теплоизоляцию, радиационную и микрометеоритную защиту, а в местах взлета-посадки дополнительную защиту от действия газовой струи ракетного двигателя. Общая толщина защитного слоя в верхней зоне 0.8-1.0м.

5. Основные инженерные системы Лунной Базы

Инженерные системы подразделяются на технологические и технические.

К технологическим относятся системы предназначенные для выполнения целевых задач, для которых создавалась лунная база таких, как научные исследования в условиях вакуума, геологоразведка, горнодобыча, размещение элементов противоастероидной защиты и другие системы. В данной статье эти системы не рассматриваются.

Технические системы включают:
• энергетическая с подсистемой охлаждения энергоносителя от атомного источника электроэнергии,
• добыча и хранение воды,
• системы получения, хранения и перекачки компонентов топлива,
• связь различных видов.

Технические системы включают также воздухообеспечение, вентиляцию, водоснабжение и другие системы жизнеобеспечения, контроля и управления. Все системы должны функционировать в условиях пониженной гравитации, температурных перепадов и других воздействий.

Живучесть инженерных систем достигается их дублированием и закольцованностью коммуникаций. Дублирование может реализоваться подключением автономных аварийных инженерных систем каждой секции.

Главная инженерная система лунной базы – энергетическая. На начальном этапе возведения ЛБ главными потребителями электроэнергии являются строительные механизмы, роботизированные мобильные модули (РММ), обеспечение электроэнергией осуществляется от панелей солнечных батарей, которые размещены на каждой секции доставивших РММ. В секциях предусмотрены контакты для автоматического подключения и зарядки аккумуляторов РММ. Ночью возможным источником электроэнергии может являться размещенные в секциях блоки аккумуляторных батарей, накопивших энергию за лунный день. Как вариант автономного источника энергообеспечения может рассматриваться кислородно-водородный турбогенератор.

Необходимую мощность для функционирования в полном объеме лунной базы, а также создания на ней условий жизнеобеспечения экипажа, способен генерировать только атомный энергоблок.

Защищенность энергоблока от микрометеоритов повышается при его размещении (если возможно) в центре площадки-«карэ» под прикрытием грунтовой обваловки окружающих сооружений ЛБ.

Энергосистема на основе использования атомной энергии состоит из целого ряда технических подсистем, одной из главных является система теплообмена (или система утилизация излишков тепла).

Для утилизации тепло предлагается использовать на обогрев потерн и коммуникационных лотков. Излишки тепла атомного реактора (особенно в лунный день) направить на нагрев грунтового массива. С наступлением лунной ночи массив будет интенсивно остывать, излучая тепло в пространство. Для реализации этого технического решения во внутренней зоне «каре" в обсыпке сооружений ЛБ на глубине не менее 2.0 м заложить регистры системы утилизации тепла. Естественная температура лунного грунта на глубине 2.0 м составляет минус 34-35°С. Для увеличения теплоотдачи предлагается, грунт вблизи регистров пропитать металлическим натрием.

Применение металлического натрия будет очень востребовано в лунной программе. Натрий легче воды, обладает высокой тепло- и электропроводностью, используется как высокоэффективный теплоноситель атомных энергоустановок, для изготовления весьма энергоемких натриево-серных аккумуляторов. В реакции натрия с водой бурно выделяется важный топливный компонент - водород.

6. Скафандры – индивидуальные средства защиты

Важнейшим фактором защищенности экипажа является наличие и использование многофункциональных скафандров. Скафандр в космосе единственное средство жизнеобеспечения и индивидуальной защиты космонавта. На базе нужны скафандры герметичные внутрибазового использования и защитные для выхода на поверхность.

Внутрибазовые скафандры аналогичны стартовым и предназначены для постоянного ношения. Скафандр защищает космонавта от баротравмы при внезапном падении внешнего давления, частично от космической радиации и лунной пыли. Кроме того, космонавт в скафандре готов к экстренной эвакуации, для чего в нем есть запас кислорода и воды на время необходимое для покидания лунной базы. Важнейшим фактором комфортности скафандра является наличие ассенизационного выводящего устройства, позволяющего при его использовании не снимать скафандр. Облачение в скафандр космонавтом выполняется самостоятельно, без посторонней помощи.

Скафандры для нахождения на лунной поверхности должны обладать:
• герметичностью и прочностью,
• системой обеспечения термо-влажностного режима с запасами воды и кислорода,
• свободой движения космонавта в условиях пониженной гравитации,
• защищать от солнечного нагрева, космической радиации и проникновения пыли,
• обеспечивать обзор с защитой от солнечного света (например, использование внешних телекамер-«глаз» с проецированием изображения на экран гермошлема),
• облачение и снятие без посторонней помощи,
• связью всех необходимых видов и ряд других технических требований.

Предъявляемым требованиям может в какой-то степени ответить многофункциональный лунный скафандр. Конструкция которого выполнена из трех отдельных элементов: внутрибазового гермоскафандра, силового каркаса-экзоскелета, внешнего защитного костюма-оболочки.

Стабилизация движений достигается понижением центра масс космонавта, для этого нижняя часть ног экзоскелета утяжеляется аккумуляторными батареями.

Экзоскелет размещается поверх гермоскафандра и предназначен:
• для стабилизации (приведение к естественной моторики) движений при ходьбе в условиях пониженной гравитации,
• для увеличения усилий при необходимости выполнения каких-либо действий,
• крепление системы жизнеобеспечения при выходе на поверхность Луны,
• использование в качестве силового тренажера имитирующего земные нагрузки.

Внешний защитный костюм-оболочка выполняется аналогично теплоотражающему пожарному костюму, адаптированному к условиям нахождения на Луне. Костюм-оболочка одевается поверх экзоскелета и выполняет функции:
• защиту от космической радиации,
• предотвращает проникновение пыли и загрязняющих веществ во внутрь оболочки,
• предохраняет от перегрева от солнечного излучения.

Для предотвращения попадания пыли рекомендуется использовать одноразовые бахилы и если возможно костюмы-оболочки. Снятие и обеспыливание элементов скафандров производить в потерне перед первым герметическим тамбуром системы шлюзования. В этом месте полы предлагается покрыть слоем металлического натрия. Этот мягкий металл впитывает частицы пыли при электростатической очистке скафандра и особенно подошв.

7. Этапы строительства Лунной Базы

Процесс создания базы является многоэтапным. Начальный этап - первые рекогносцировочные облеты и посадки в автоматическом режиме. Последующие этапы – это миссии с эпизодическими посещениями. На завершающих этапах - создание комплексных условий для жизнеобеспечения и безопасностного пребывания экипажа.

Непосредственное строительство лунной базы начинается с разведки места размещения ЛБ. На выбранный участок поверхности осуществляется посадка 3-5 платформ с роботизированными мобильными модулями (луноходами). Их задача очистить площадку ЛБ, подготовить основания. Затем на подготовленное основание устанавливаются опорные рамные конструкции. Рамы размещаются согласно плановым координатам и высотным привязкам. Рамы доставляются вместе с луноходами, которые эти рамы и устанавливают в проектное положение. На опорные рамы монтажно-посадочными блоками секции. Правильность положения (ориентации при монтаже) секций между собой контролируется автоматически с внешним видеоконтролем. В итоге на базе должно быть оборудовано не менее 3-х посадочных мест, на одном из которых должен находиться дублирующий взлетно-посадочный лунный модуль.

Этапы типовой лунной миссии по строительству базы:

Начальный (этап 1) - старт с Земли, перелет на околоземную орбиту и стыковка со станцией ПОМКС. Для полета экипажей задействуются существующий пилотируемый корабль (типа «Союз-2»). Для доставки грузов на станцию ПОМКС - существующие грузовые корабли (типа «Прогресс» или «Ангара»). Система безопасности экипажа на начальном этапе от старта до стыковки отработана.

Подготовительный (этап 2) - полностью проходит на пилотируемой околоземной монтажно-космической станции (ПОМКС), на которой выполняется укрупнительная сборка секций с элементами силового каркаса, заправка, проверка и другие штатные мероприятия по подготовке многоразовых систем. Формирование пилотируемых и грузовых многоразовых кораблей-сцепок. Система безопасности экипажа отработана в ходе полетов на МКС.

Пилотируемый корабль-сцепка формируется из межорбитального буксира и лунной посадочной группы в составе пилотируемого транспортно-посадочный блока (ПТПБ), головной секции управления и жизнеобеспечения экипажа с посадочной капсулой.

Грузовой корабль-сцепка формируется также из межорбитального буксира и лунной группы, состоящей из автоматического монтажно-посадочного блока (АМПБ), одной или нескольких готовых к монтажу секций сооружения или модулей с грузом для ЛБ.

Межорбитальный (этап 3) - старт кораблей-сцепок с ПОМКС и перелет на окололунную орбиту. На орбите от кораблей-сцепок от отстыковываются межорбитальные буксиры, которые не спускаются, а остаются в режиме ожидания на окололунной орбите вместе с секциями (при доставке нескольких штук), ожидающими очереди для последующего монтажа. Система безопасности экипажа аналогична полету на МКС.

Посадка и пребывание на Луне (этап 4) - спуск, подлет и посадка.

Грузовая лунная группа с помощью автоматического монтажно-посадочного блока (АМПБ) выполняет подлет и посадку на подготовленное штатное основание. В режиме посадки может осуществляться монтаж секции. Если на окололунной орбите оставлены секции, то блок АПМБ возвращается за ними и доставляет к месту установки. С грузового модуля осуществляют выгрузку или перекачку расходных материалов, компонентов и др. грузов.

Пилотируемая лунная посадочная группа осуществляет посадку на подготовленное место. Таким посадочным местом является ранее смонтированная секция, через которую возможен выход или выезд в луноходе. В целях безопасности для экипажа должны быть подготовлены не менее 2-х дублирующих посадочных мест.

Старт с Луны (этап 5) - по окончании пребывания на Луне осуществляется старт возвращаемых лунных групп, их подъем на окололунную орбиту, на которой проходит стыковка с ожидающими межорбитальными буксирами. В случае внештатных ситуаций возможен аварийный отлет с использованием существующей или дублирующей лунной группы модулей, прибывшей раннее в автоматическом режиме.

Возвратный межорбитальный (этап 6) - перелет на опорную околоземную орбиту и стыковка с орбитальной околоземной станцией ПОМКС.

Завершающий (этап 7) - только для пилотируемых кораблей — переход экипажа в спускаемую капсулу, отстыковка от станции, сход с орбиты и посадка на Землю в штатном порядке.

Задачей экипажа первой пилотируемой экспедиции является проверка работы всех технических систем и оборудования, стыковки межсекционных коммуникаций, установка переходных потерн, начало их обваловки с помощью специализированных роботизированных мобильных модулей (РММ). Итогом должно стать начало полноценного функционирования станции по программе освоения Луны.

8. Ракетно-космическая техника необходимая для создания и обслуживания Лунной Базы

Для реализации полета по многоэтапной схеме необходим набор ракетно-космических средств различного назначения:
• пилотируемые и грузовые корабли (типа “Союз”, “Прогресс” и “Ангара”),
• пилотируемую, околоземную монтажную космическую станцию (ПОМКС),
• многоразовый межорбитальный буксир (разгонный блок),
• многоразовый пилотируемый транспортно-посадочный блок (ПТПБ),
• многоразовая секция управления и жизнеобеспечения,
• многоразовый автоматический монтажно-посадочный блок (АМПБ).

Использование сверхтяжелых РН, а также создание обитаемой окололунной орбитальной станции не предусматривается.

8.1 Пилотируемая околоземная монтажная космическая станция (ПОМКС).

Долговременная постоянно действующая пилотируемая околоземная монтажная космическая станция - это “центральная опора транспортного моста” между Землей и Луной. Станция предназначена для подготовки к доставке готовых к монтажу секций сооружений, обеспечения транспортировки экипажей и снабжения базы.

На станции могут выполнятся работы по ремонту, обслуживанию для продления срока эксплуатации с последующим запуском на свои орбиты спутников и космических аппаратов, использование которых не связано целями и задачами лунной программы.

ПОМКС создается на базе принципиальных технических решениях, примененных на МКС. Объемно-компоновочное решение монтажной станции включает следующее:
• не менее 4-х монтажных рабочих зон, оборудованных манипуляторами-захватами,
• места для причаливания земных пилотируемых кораблей типа «Союз» и «Ангара»,
• места для причаливания с оборудованием перекачки и заправки топливом и другими расходными компонентами (вода, воздух) лунных модулей,
• места для временного хранения разгонных блоков, транспортных лунных модулей,
• бытовой отсек на 12 членов экипажа (с учетом лунных экипажей),
• монтажно-инструментальный отсек.

Важным преимуществом ПОМКС в сравнении с окололунной орбитальной станции являются то, что ПОМКС находиться под защитой магнитного поля Земли. Кроме того, есть возможность экстренной эвакуации на Землю.

На ПОМКС для повышения безопасности при проведении работ в открытом космосе и предотвращении случайных потерь (оборудование, инструмент и пр.) предлагается окружить пленочной пневматической конструкцией пространство монтажных рабочих зон. Такую объемную конструкцию можно назвать орбитальным ангаром, на внутренней поверхности стен которого закреплена такелажно-фаловая система для фиксации и удержания предметов.

Нужно отметить, что на ПОМКС приходится огромный объем подготовительных работ, осуществляемых космонавтами в открытом космосе. Так если исходить из 2-х недельного пребывания экипажа на Луне, то необходимо за месяц подготовить две пилотируемые экспедиции и четыре грузовые сцепки, не считая полетов с секциями лунных сооружений и обслуживание самой ПОМКС.

Функционирование ПОМКС позволяет наиболее рационально применять каждый вид ракетно-космических средств доставки, особенно многоразовых курсирующих кораблей-сцепок между ПОМКС и ЛБ. Каждое из многоразовых средств доставки экипажей и грузов имеет свое конкретное назначение и специфические функции.

8.2 Межорбитальный буксир предназначен для доставки с ПОМКС на окололунную орбиту (этап 3) посадочных модулей и обратной транспортировки возвращаемых средств (этап 7). Технически представляет собой адаптированный к многоразовому использованию с возможностью стыковки разгонный блок (типа “Бриз”, “Фрегат”),

8.3 Пилотируемый транспортно-посадочный блок (ПТПБ) для доставки экипажа и автоматический монтажно-посадочный блок (АМПБ) для доставки грузов функционально и технически похожи. Их назначение - посадка на Луну и обратный взлет (этапы 4 и 6). Конструктивно посадочные блоки представляют собой секцию в габаритах силового каркаса -”этажерки” с унифицированными узлами стыковки. В секции размещены блок автоматического управления, насосная группа, баки с топливом и окислителем. Вне секции по бокам размещены на вынесенных консолях двигатели взлета-посадки, ориентации во всех плоскостях. Посадочный блок может выполнять функцию заправщика. В комплектации с головной секций управления и жизнеобеспечения формируется пилотируемый лунный корабль.

9. Роботы и роботизированные мобильные модули на Луне.

Для создания безопасных и комфортных условий пребывания экипажа на ЛБ, а также возможности возведения и функционирования базы в безлюдном автоматическом режиме, невозможно обойтись без использования различного вида роботов и роботизированных мобильных модулей (РММ). Конструктивные решения видов робототехники определяется их функциональным назначением (транспортировка, прокладка кабеля, кладка защитного тюфяка и другие технические задачи) и условиями использования (внутри или снаружи ЛБ).

Для внутренних помещений сооружений башенного типа необходимы антропоморфные роботы, способные перемещаться по вертикальным лестницам, преодолевать комингсы дверных проемов, при этом открывать-закрывать герметические люки и двери, прокладывать и обслуживать инженерные коммуникации. Использование антропоморфных роботов особенно необходимо для проведения совместных ремонтных и технологических операций космонавтами (например, фиксатор-опора для ног или поддерживающая «третья рука», место хранения и зарядки электрического аккумуляторного инструмента).

На роботе предусматривается размещение видеокамер оптического и инфракрасного диапазонов, датчики-анализаторы (содержание газов, примесей, задымленность). В случае обнаружения внутри помещений ЛБ неприемлемых условий пребывания, определить причину их возникновения и выполнить необходимые аварийно-восстановительные работы, например, наклейка пластырей на отверстия в корпусе.

Для самостоятельного перемещения внутри помещений ЛБ в управляющий блок робота должна быть загружена система позиционирования с объемной картой-схемой всего лунного комплекса, включая расположение, крепления и описание диагностики блоков оборудования. Такая “подсказка” космонавту важна для эффективной надежной работы.

Количество, место крепления, точки зарядки и специфика исполнения роботов для каждого отсека определяется в ходе дальнейшего проектирования.

Все наружные работы должны выполнять специальные роботизированные мобильные модули (РММ), управляемые из командного пункта, размещенного в отсеке основного сооружения или с Земли. В перспективе управление роботами на поверхности будет осуществляться искусственным интеллектом для выполнения монотонных однообразных работ (например, обваловка сооружений, укладка защитных тюфяков, прокладка коммуникаций, добыча и транспортировка воды и др).

Модули (РММ) необходимы следующих модификаций:
• пассажирский ровер для перевозки не менее 2-х членов экипажа,
• грузовой для транспортировки грузов, грунта и компонентов топлива,
• специальные с навесным оборудованием для разработки грунта и других строительных операций.

Все модификации РММ выполняется на универсальной многоколесной базе, на которой установлены две пары манипуляторов (с функцией аутригеров) и дополнительное оборудование специфичное для каждой модификации.

Движение и маневрирование модуля осуществляется ведущими колесами-электромоторами, которые в зависимости профиля трассы включаются от одного до всех колес сразу в любом сочетании и направлении вращения. Такое техническое решение позволяет экономно расходовать электроэнергию и, кроме того, имеет минимальное количество трущихся контактов, нуждающихся в защите от абразивного действия лунной пыли.

Источником электроэнергии для РММ могут, является аккумуляторная батарея или водородно-кислородный турбогенератор.

Манипуляторы конструируются с учетом выполнения сбора и доставки образцов, а также в оказании помощи (как аутригер) колесному движителю при необходимости преодолевать препятствия.

РММ оборудуется видеокамерами обеспечивающие полный круговой обзор, системой позиционирования и связи.

Для проведения эвакуации вышедшего из строя модуля или при прохождении сложного участка дороги предусмотреть возможность выполнения сцепки модулей друг с другом (цугом). При необходимости движение вести под единым управлением члена экипажа или компьютера.

Для перевозки членов экипажа на значительные расстояния в пассажирском ровере применяется герметичная кабина-капсула с противорадиационной защитой и запасом расходных компонентов топлива, воздуха, воды.

Вход-выход осуществляется через верхний люк РММ по схеме скафандр-шлюз. При такой схеме посадки исключается контакт скафандра с лунной пылью, так как космонавт спускаясь на нижний уровень, попадает в пассажирский ровер.

Пилот, находясь в кабине-капсуле, имеет возможность в ручном режиме управлять внешними манипуляторами.

Дополнительным оборудованием для грузовой модификации является наличие самосвального кузова с возможностью боковой выгрузки. Основное назначение выполнение работ по перевозки грунта при обваловки сооружений, устройства и транспортировка грузов.

Дополнительным оборудованием для специальных строительных модификации бульдозер-погрузчик являются отвал бульдозера, ковш погрузчика, стрела-захват.

10. Заключение

В представленной статье сделана попытка комплексного подхода к созданию концепции лунной базы. Концепция основывается на принципах безопасности нахождения экипажа, живучести и защищенности сооружений базы. Все технические решения приведенные в статье требуют проверки и обсуждения.

Постскриптум

Вопрос выбора направления освоения Луны – это вопрос, как и на чем до нее добираться?

Первое направление. Прямой пилотируемый полет на Луну и обратно на сверхтяжелом корабле, созданный по современным технологиям. Это будет ремейк (повторение) программы «Аполлон», таким же дорогим и опасным.

За время (несколько лет) создания лунного сверхтяжелого корабля он может морально устареть, а ресурс его модернизации весьма ограничен. Кроме того, любой сбой или нештатная ситуация в программе полета может привести к отмене миссии, а значит к потере десятков тонн полезной нагрузки, уже выведенной на орбиту или находящейся в космосе.

Второе направление. Освоение Луны вести без использования сверхтяжелых ракет, реализуя вариант безлюдной автоматической лунной базы, которая возводится и эксплуатируется с помощью автоматов и роботов. Кроме того создается лунная и орбитальная инфраструктура под управлением искусственного интеллекта.

В перспективе, накопив необходимые знания и технологии, лунная база может быть преобразовано из автоматической в обитаемую. Это дорого, долго, но надежно и безопасно, так как в полете на каждом этапе задействованы конкретные многоразовые средства, модернизация которых возможна на любом этапе эксплуатации

В обоих направлениях освоение Луны является очень затратным и интенсивным процессом, требующим ”караваны ракет”, ведь только для создания и обслуживания ЛБ необходимо около сотни пусков в год. Для реализации такой программы полетов только на Земле необходимо иметь старт-”пулемет” с огромной инфраструктурой наземного комплекса. Экономика не каждой страны выдержит такую нагрузку.

Может пришло время поискать другие направления. Например, обратить внимание на удивительный факт, проявившийся во время трагической аварии на Саяно-Шушенской ГЭС. Тогда Ростехнадзор, расследуя причины аварии, попытался создать математическую модель действия турбины в момент аварии, в результате которой в воздух поднялось оборудование большой массы – 1,5 тыс. тонны (вес всего гидроагрегата 2,69 тыс. тонн). «Первое время гидроагрегат осуществлял подъем вверх вертикально, без вибрации. Полторы тысячи весом летательный аппарат вопреки законам физики поднялся в воздух и летал. Мы побили рекорд Гиннеса, и ученые теперь испытывают внутренний ужас от того, что законы физики были нарушены», – констатировал глава Ростехнадзора Кутьин Н.Г.. Над этим явлением стоит подумать. Как «нарушить законы физики», чтобы запускать сверхтяжелые аппараты. Может это проявление не изученных эффектов вращения больших масс в гравитационном поле Земли и вне ее. Вращающаяся масса создает в поле локальную деформацию, энергии которой хватит аппарату для придания ему достаточной скорости и направления движения. Это может быть прорывом? Возможно, но надо изучать. Тем более что этот трагический полет гидротурбины был экологически чистым, двигателей на ней не было. Поняв причину произошедшего, поймем, как создавать летательные аппараты нового типа.