В звёздных лабиринтах: Ориентирование по небу

Весьма вероятно, что в будущем именно Луна станет первым естественным космическим объектом, который человек начнёт непосредственно осваивать...

Луна — стартовая площадка для межпланетных кораблей. Луна — космическая обсерватория. Луна — идеальная лаборатория для проведения уникальных физических, химических, биологических исследований... Наконец, Луна — источник ценного сырья и заманчивая база для развития различных отраслей космического производства и осуществления ряда технологических процессов, для которых необходимы пониженная сила тяжести и космический вакуум.

На эти темы написано множество научно-фантастических произведений. Однако наша эпоха — это эпоха реализации многих идей, ещё недавно представлявшихся чисто фантастическими. В какой мере значительные успехи, достигнутые в последние годы в изучении Луны с помощью космических аппаратов различных типов, делают реальными перспективы её освоения человеком?

Если учесть возможности современных космических аппаратов, то любое строительство и вообще любая длительная активная деятельность людей на Луне, но крайней мере в обозримом будущем, могут быть признаны целесообразными, очевидно, лишь в том случае, если существенная часть необходимых для этой цели ресурсов будет добываться непосредственно на нашей естественной спутнице. Каковы же, если исходить из имеющихся в нашем распоряжении данных, скрытые ресурсы самой Луны и прилегающего пространства?

Анализ образцов лунных пород, доставленных на Землю американскими экспедициями и советскими автоматическими станциями, показал, что Луна — сильно обезвоженное небесное тело.

Между тем геологи утверждают, что если образование рудных залежей происходило в отсутствие воды, то запасы полезных ископаемых на Луне должны быть весьма бедны но своему составу и к тому же располагаться на глубине не менее десяти километров. Для их разработки понадобились бы сверхглубокие шахты. Если учесть, что подобных шахт нет ещё и на Земле, то станет ясно, что в ближайшем будущем залежи лунных полезных ископаемых скорее всего останутся недоступными для человека.

В настоящее время речь реально может идти лишь о тех ресурсах Луны, которые сосредоточены в её поверхностных слоях. Это — вода, кислород, водород и энергетические ресурсы.

Что касается воды, то реально можно рассчитывать только на ту воду, которая может быть выделена нагреванием из лунного вещества.

Однако для осуществления подобного процесса, требующего создания высоких температур, необходима энергия. Она понадобится и для других практических нужд. Одним из самых перспективных её источников на Луне является солнечное излучение. На каждый квадратный метр лунной поверхности солнечные лучи при отвесном падении приносят энергию, равную 1400 ватт. Если же учесть полную энергию, поступающую от Солнца на всю освещённую часть поверхности Луны, то окажется, что она примерно в три тысячи раз превосходит энергию всех используемых человеком энергетических источников на Земле, вместе взятых.

Возникает вопрос: как эту энергию добыть? Очевидно, на современном научно-техническом уровне наиболее реальный путь — применение солнечных батарей, т.е. прямых преобразователей солнечной энергии в электрическую. Как известно, подобные устройства с успехом работают на различных космических аппаратах, обеспечивая их основные энергетические потребности.

Правда, коэффициент полезного действия современных солнечных батарей довольно низок: всего около 10—13%. Это означает, что на каждый киловатт получаемой энергии приходится около 10 килограммов самого устройства. Иными словами, солнечные батареи пока что отличаются громоздкостью конструкции и большим весом. Это одна из причин того, почему на Земле пока ещё не строятся солнечные полупроводниковые электростанции.

Однако для Луны этот недостаток Солнечных батарей не так существен. На Луне сила тяжести в шесть раз меньше, чем на Земле, и нет ветров, что в принципе позволяет создавать достаточно громоздкие, но при этом вполне надёжные и устойчивые конструкции. К тому же благодаря отсутствию атмосферы солнечные лучи беспрепятственно и без потерь достигают лунной поверхности, что создаёт благоприятные условия для работы солнечных установок.

Наряду с обычными солнечными батареями на Луне могут быть применены и устройства, работающие на принципе термопары. Как известно, принцип этот состоит в том, что два электрода, изготовленные из различных биметаллов, помещают в различные температурные условия, в результате чего между ними возникает разность потенциалов. На Луне необходимый для работы термопар перепад температур создан самой природой. Если один из электродов поместить на глубине одного метра под поверхностью в слое постоянной отрицательной температуры, а другой непосредственно на поверхности, где днем температура поднимается до 130—150 градусов тепла, а ночью опускается до 150—170 градусов ниже нуля, то между ними в любое время лунных суток будет существовать значительная разность температур, вполне достаточная для того, чтобы обеспечить генерирование электроэнергии.

Есть и ещё одна идея, граничащая с фантастикой... Дело в том, что на Луне имеется очень мощный источник энергии, но совершенно не ясно, как его использовать. Речь идёт о выпадении на лунную поверхность метеоритного вещества. Приближаясь к Луне, метеоритные тела движутся с большими скоростями и поэтому обладают огромным запасом энергии, которая выделяется при взрыве в момент удара.

Взрывы, возникающие при падении крупных метеоритов, по своей мощности сравнимы с термоядерными взрывами.

Однако никаких конструктивных идей, а тем более инженерных расчётов относительно того, каким образом эту энергию использовать, нет. Видимо, если и существуют какие-то пути, то только косвенные: скажем, каким-то образом превращать в полезную работу энергию возникающих в теле Луны сейсмических волн... Но и на этот счёт реальных практических предложений пока не существует.

Создание на Луне научной базы или пересадочной станции для космических кораблей будет неизбежно связано со значительным усилением интенсивности полётов по трассе Земля — Луна — Земля. В связи с этим возникает задача обеспечения космических кораблей для обратных рейсов топливом, изготовляемым непосредственно на Луне за счёт лунных ресурсов. Если бы эту проблему удалось решить, отпала бы необходимость загружать космические корабли топливом для возвращения на Землю, а это в свою очередь дало бы значительный выигрыш полезного веса и повысило эффективность челночных рейсов между Землей и Луной.

Согласно оценкам специалистов по ракетной технике, встречающимся в зарубежной научной литературе, если учесть возможность применения в будущем для полётов к Луне ракет-носителей с многократным использованием первых ступеней, а также осуществления челночных рейсов с помощью средств многоразовой доставки на промежуточные станции, движущиеся по околоземным орбитам, то масса топлива, которое можно будет выработать на Луне, превысит массу доставленного для этой цели на Луну необходимого оборудования примерно в 20—40 раз. Такое соотношение можно считать в достаточной степени рентабельным. А это означает, что подобные проекты, по всей вероятности, со временем будут осуществлены.

Очень важно отметить, что все проекты, о которых идёт речь, — это отнюдь не чисто умозрительные, а вполне реальные разработки, в основе которых лежат результаты исследования лунной среды и точные расчёты.

Таковы некоторые соображения, связанные с возможностью освоения Луны в обозримом будущем. Они говорят о том, что идея создания на нашем естественном спутнике научной базы отнюдь не может считаться утопией, что в результате развития космических полётов Луна постепенно вовлекается в сферу практической деятельности человека.

А если людям придётся жить, работать и передвигаться по Луне, то неизбежно возникает проблема ориентирования на лунной местности и определения местоположения.

Однако прежде чем перейти непосредственно к этому вопросу, познакомимся кратко с теми условиями, с которыми встретится человек на поверхности естественного спутника Земли.

Луна вблизи

На лунной поверхности можно выделить две основные формы рельефа: материковый и морской. Морские районы выглядят на фотографиях Луны, сделанных с помощью наземных телескопов, тёмными пятнами. В своё время считалось, что это довольно ровные участки, однако в результате изучения Луны космическими средствами выяснилось, что их поверхность также довольно шероховата.