XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Лунная база – миф или реальность?
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
I.Введение.
В 21 век программа освоения космоса шагнула в новом этапе и тесно связана с Луной и Марсом. Космические агентства ведущих держав, в том числе и России, рассматривают проблему полёта человека на Луну как одну из перспективных задач развития космонавтики. Но помимо перелёта на Луну потребуются идеи освоения этой планеты, поэтому в данной работе рассмотрена возможность появления на Луне настоящей космической базы.
Актуальность (решаемая проблема): Согласно материалам «Википедии» Колониза́ция Луны́ — гипотетическое заселение Луны человеком, являющееся предметом преимущественно фантастических произведений. Так ли не осуществима эта задача? Учёные уже доказали, что это возможно в обозримом будущем.
Меня также очень волнуют космические исследования. Сможет ли человек построить базу на Луне? Это вопрос, на который я хочу получить ответ, занимаясь проектом. В этом проекте я попытался представить себя космическим инженером и визуализировать на поверхности Луны жилой комплекс.
Цель проекта – оценка возможности строительства лунной базы.
Задачи проекта:
Ответить на вопрос: «Зачем человечеству база на Луне?». Исследовать необходимость лунной базы.
Описать возможное техническое исполнение лунной базы с учётом изученных мной мировых разработок в этой области.
Оценить трудности, существующие на поверхности Луны, и её преимущества.
Определить местоположение базового (первичного) лунного модуля.
Определить очередность строительства разных модулей такой базы.
Продумать, каким условиям должна удовлетворять такая база, какие ресурсы для развития нужно в неё заложить для дальнейшего развития проектов освоения Луны.
Визуализировать итог своего анализа, создать макет Лунной базы.
II. Основная часть
2.1. Погружение в исследование Луны.
Зачем человечеству база на Луне? Во-первых, на ней можно построить базу для отправки кораблей к другим планетам, во-вторых, в ходе полетов на спутник Земли - протестировать технологии для таких экспедиций. Кроме того, ученые говорят, что на Луне можно построить телескопы для изучения дальнего космоса и реализовать другие научные программы: в области планетологии, астрономии, космологии, космической биологии и других дисциплин.
Колонизация Луны , как и любой другой территории, должна быть выполнена в три этапа:
Добраться, исследовать (уже выполнен, составлены карты луны, изучен грунт и ископаемые спутника).
Создать стационарную базу (можем приступить уже сейчас, технологии и ресурсы есть ).
Колонизировать луну (это когда поселение существует и работает на самообеспечении, организовано производство для внутреннего пользования и доставки ресурсов на Землю).
Первый этап колонизации Луны выполнен в прошлом веке. Для его осуществления были разработаны пилотируемые модули для 2-4 человек, которые были способны приземляться на поверхность Луны, проводить исследование. Это позволило выяснить условия на поверхности Луны:
Отсутствие привычной для человека атмосферы: низкое содержание в атмосфере Луны лёгких элементов, необходимых для поддержания жизнеобеспечения.
Более низкая гравитация: позволяют строить на лунной поверхности обсерватории, оснащённые оптическими и радиотелескопами, способными получить намного более детальные и чёткие изображения удалённых областей Вселенной, чем это возможно на Земле.
Разнообразные полезные ископаемые: ценные для промышленности металлы — железо, алюминий, титан, платина, золото, уран. Кроме этого, в поверхностном слое лунного грунта, реголите, накоплен редкий на Земле изотоп гелий-3, который может использоваться в качестве топлива для перспективных термоядерных реакторов. В почве Луны есть все ингредиенты для создания бетона.
Глубокий вакуум и наличие дешёвой солнечной энергии открывают новые горизонты для электроники, металлургии, металлообработки. Фактически условия для обработки металлов и создания микроэлектронных устройств на Земле менее благоприятны из-за большого количества свободного кислорода в атмосфере, ухудшающего качество литья и сварки, делающего невозможным получение сверхчистых сплавов и подложек микросхем в больших объёмах. Также представляет интерес выведение на Луну вредных и опасных производств.
Залежи водяного льда на поверхности Луны и под её поверхностью в районе полюсов.
Разность между максимальными дневными и ночными температурами может достигать 300 градусов.
Вероятность падения астероидов.
Мелкая пыль грунта.
В первом этапе колонизации Луны, участвовали такие страны, как США – (Лунный модуль корабля «Аполлон» ) и СССР (Зонд-5 ). В сентябре 1968 СССР запустил на орбиту Луны "Зонд-5", на борту которого, среди прочих объектов, находились и две среднеазиатские черепахи. "Зонд-5" впервые в мире совершил облет Луны и через 7 суток после старта вернулся к Земле. Затем проекты возможных экспедиций в обеих странах были заморожены из-за их дороговизны. Часть была засекречена. В последнее время разработки возобновились и в гонку вкючились другие страны: Россия, Китай, Япония.
Строительство лунной базы остаётся одной из главных стратегических целей российской космонавтики на ближайшие десятилетия. По нынешним планам, отправка космонавтов на Луну произойдёт в 2030-е годы. Примерно в эти сроки постоянные базы там планируют построить США (начало добычи ресурсов на Луне запланировано после 2020 года), Китай (первый полёт после 2020-го), Япония (после 2020-го) и Европейское космическое агентство (после 2025 года).
Новый проект колонизации Луны «Роскосмос» отправил в правительство РФ в декабре 2014 года. Освоение Луны начнётся с создания форпоста, в который войдут энергетическая установка, жилой модуль и экспериментально-лабораторный модуль, а также набор транспортных средств — луноходов и лунолётов. Первые 20 лет экспедиции на Луну будут налаживать и собирать элементы инфраструктуры и обслуживать действующие системы. Кроме этого, в окрестностях базы предлагается развернуть астрономическую лабораторию. Доставка российских космонавтов на Луну состоится в районе 2030-2035 года.
2.2 Продукт исследовательской деятельности – оценка возможности строительства лунной базы.
Где на Луне возможно будет расположить жилой модуль? У южного полюса. Там день длится полгода, всё это время можно рассчитывать на энергию раскладных солнечных батарей.
Вероятно, модуль будет пустовать в лунную ночь и возобновлять работу с наступлением лунного дня. Так постепенно можно заложить основу для более длительного пребывания астронавтов на Луне. На Луне велика вероятность падения астероидов, поэтому модули нужно устанавливать в места естественных укрытий – пещеры, лавовые тоннели, кратеры вулканов.
Если говорить о жилом модуле, то наилучшую идею на сегодняшний день предложил Бехрох Хошневис (Behrokh Khoshnevis) из университета Южной Калифорнии. Инженер совместил свои знания о технологии 3D-печати и архитектурных хитростях и разработал так называемый метод контурного строительства. Управляемые компьютером машины способны построить помещение всего за 24 часа, причём вмешательства со стороны человека почти не потребуется. Вместо картриджей с чернилами 3D-робот будет использовать лунный грунт. Из гигантского сопла слой за слоем будут выдавливаться несущие конструкции будущего здания в соответствии с дизайном, заранее заложенным в компьютерную программу. К счастью, 90% материалов, необходимых для строительства, уже есть на Луне, а оставшиеся 10% нетрудно будет перевезти с Земли на космическом корабле.
3D печать окажется незаменимой при строительстве жилого модуля, чтобы на месте дистанционно корректировать его рельеф. Стены лунной базы могут быть практически любой формы, от классической прямой до изогнутой — в зависимости от того, как того потребуют условия окружающей среды на спутнике.
Отправлять большие ракеты на Луну дорого, нужно отправлять на Луну минимум, необходимый для строительства. Значит, будущий модуль базы должен быть лёгким, частично раскладным, чтобы упростить транспортировку. Всё необходимое для строительства модуля будет находится в управляемой капсуле, которая отстыкуется от ракеты и приземлится на Луну.
Для купола жилого модуля возможно также использовать технику оригами и ткани с особыми свойствами. Первичные полевые испытания проведены компанией MoonMars и представлены на Европейском конгрессе наук о планетах 2018 доктором Анной Ситниковой. Такой купол обеспечит компактность при транспортировке и будет легко развертываться посредством надувания или механических устройств развертывания на поверхности Луны. Структуры оригами, выполненные из тканей, могут быть развернуты в огромное число всевозможных форм. Они легкие. А выглядеть это будет, как в большинстве современных автомобилей так называемая “воздушная подушка”, или “подушка безопасности”.
С одной стороны у 3D-робота находится совок для сбора реголита, в центре – контейнеры с печатными материалами, а с другой стороны – 3 D принтер. Роботы за три земных месяца построят над куполом оболочку (похожую на кость птицы, полую, но прочную). Внутри готового купола люди будут защищены от метеоритов, радиации и температур. У купола будут окна, напоминающие соты. Первоначальная капсула будет выполнять роль шлюза на поверхность луны и в энергетический блок.
Также нужно будет помочь преодолеть первым экипажам психологическую адаптацию – к нахождению в замкнутом пространстве, отсутствию привычных человеческому глазу голубого неба, солнечного света. Ученые установили, что солнечный свет в ранние утренние и вечерние часы оказывает решающее воздействие на нормальную работу биоритмов человека. Отсутствие солнца приводит к депрессии, усталости, снижению активности и устойчивости организма к различным заболеваниям. В модуле необходимо будет предусмотреть устройства излучения голубого спектра видимого света для управления биоритмами мозга человека (разработка Института инновационного развития СамГМУ «Blue Sky pro»). Это позволяет отрегулировать суточный цикл секреции гормона мелатонина и наладить нормальную работу биоритмов человека в условиях низкой естественной и искусственной внешней освещенности.
Для полноценного обеспечения жизнедеятельности модуля одновременно с жилим модулем будет строиться энергетический блок, в котором первая команда учёных и инженеров будут продолжать исследование лунного грунта в месте высадки, а также исследовать возможности использования местных материалов, например перерабатывать лунный лёд в воду:
для питья,
для экспериментов с растениями,
для создания энергетических водородных ячеек,
для получения ракетного топлива (воду можно разложить на водород и кислород).
2.3. Как бы я построил Лунную базу.
Рассуждая, как космический инженер, я попытался визуализировать лунную базу и создать её макет (фото 1, 2).
Проанализировав трудности и преимущества поверхности Луны, а также использую информацию о последних научных разработках в области космического строительства, я составил список характеристик моей лунной базы:
минимальная стоимость;
минимальная трудоёмкость;
безопасное местонахождение;
обеспечение защиты от радиации;
обеспечение защиты от перепада температур;
решение задачи доступа кислорода;
решение задачи искусственной гравитация;
прочность;
вмещаемость на 2-4 человек;
комфорт для астронавтов.
Фото 1,2. Макет моей лунной базы: жилой комплекс, расклданые солнечные батареи, энергокорпус, биокорпус, сверхдальний телескоп.
IV. Заключение.
Этот проект заставил меня думать, анализировать, размышлять и о многом позволил узнать. Космос – будущее человечества.
Трудно представить более романтичную и перспективную сферу деятельности, чем освоение космоса. Но, к сожалению, современные школьники не романтизируют труд космонавта. Они знают, что исследовать космос – это физически и психологически тяжёлая работа, к тому же, связана с большим риском. Поэтому современные школьники выбирают приземлённые профессии, о которых знают больше.
Но я буду мечтать, стремиться.
Колонизация Луны, а затем Марса — очень интересные научные проекты. Вопрос только в деталях: какая страна первой построит базу, кто именно отправит первый экипаж на Марс: будет это государственное космическое агентство или частная компания. Но в любом случае колонизация Луны и Марса, скорее всего, начнётся при жизни нынешнего поколения. Многим из нас посчастливиться стать свидетелями этих исторических событий.
Луна, благодаря своим впечатляющим ландшафтам и экзотичности, также выглядит как весьма вероятный объект для космического туризма. Значит модули, построенные на Луне должны быть комфортными не только для подготовленных космонавтов, но и для космических туристов, который могут привлечь немало средств для освоения Луны.
Вывод: Луна – это уникальная песочница для космических экспериментов. А лунная база – более чем реальна в обозримом будущем.
V. Список литературы.
Журнал «Всё о космосе» [Электронный ресурс]: – режим доступа к журн.: https://aboutspacejornal.net/
Колонизация Луны - [Электронный ресурс]: – режим доступа к журн.: https://ru.wikipedia.org/https://ru.wikipedia.org/wiki/Колонизация_Луны
Оригами предлагает свои варианты архитектуры для Луны и Марса [Электронный ресурс]: – режим доступа к журн.: https://hi-news.ru/eto-interesno/origami-predlagaet-svoi-varianty-arxitektury-dlya-luny-i-marsa.html
Очки BLUE SKY для стимуляции циркадианных ритмов [Электронный ресурс]: – режим доступа к журн.: https://smuit.ru/projects/informacionnye-tehnologii-v-medicine/lechebnoe-oborudovanie/ochki-blue-sky-dlya-stimulyacii-cirkadiannyh-ritmov/
Рассекреченные материалы [Электронный ресурс]: – режим доступа к журн.: https://www.roscosmos.ru/28185/
Российская лунная программа - [Электронный ресурс]: – режим доступа к журн.: https://ru.wikipedia.org/https://ru.wikipedia.org/wiki/Российская_лунная_программа
Фильмы о космосе, производства National geographic.
NASA представило новый метод строительства обитаемой лунной базы [Электронный ресурс]: – режим доступа к журн.: https://www.vesti.ru/nauka/article/1039790
8