Земля – космос – Луна

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛУНЫ – ВАЖНЫЙ ЭТАП НА ПУТИ ОСВОЕНИЯ КОСМОСА

Использование Луны неразрывно связано с общим ходом освоения Солнечной системы. Некоторые задачи, решаемые человеком на Луне, были рассмотрены выше; здесь будет рассказано о перспективах овладения космосом и о том значении, которое имеет на этом пути, в частности, Луна.

Впервые все основные стороны проблемы неограниченно возрастающего использования внеземных ресурсов природы (и соответственно непрерывного прогресса человечества) были поняты и сформулированы К. Э. Циолковским. Наиболее полно план освоения космоса изложен в его работе «Исследование мировых пространств реактивными приборами» издания 1926 года. К сожалению, работы К. Э. Циолковского до сих пор остаются единственной попыткой такого рода в мировой научной литературе.

Последовательные этапы (ступени) указанного плана перечислены К. Э. Циолковским в следующих шестнадцати пунктах:

«Вот грубые ступени развития и преобразования аэропланного дела для достижения высших целей.

1. Устраивается ракетный самолет с крыльями и обыкновенными органами управления. Но бензиновый мотор заменен взрывной трубой, куда слабосильным двигателем накачиваются взрывчатые вещества. Воздушного винта нет. (…) Количество взрывчатых веществ и силу взрывания надо понемногу увеличивать, также максимальную скорость, дальность, а главное – высоту полета (…) Цель этих опытов – уменье управлять аэропланом (при значительной скорости движения), взрывной трубой и планированием.

2. Крылья последующих самолетов надо понемногу уменьшать, силу мотора и скорость – увеличивать. Придется прибегнуть к получению предварительной, до взрывания, скорости с помощью описанных ранее средств.

3. Корпус дальнейших аэропланов следует делать непроницаемым для газов и наполненным кислородом, с приборами, поглощающими углекислый газ, аммиак и другие продукты выделения человека. Цель – достигать любого разрежения воздуха. (…)

4. Применяются описанные мною рули, действующие отлично в пустоте и в очень разреженном воздухе, куда залетает ракета. Пускается в ход бескрылый аэроплан, сдвоенный или строенный, надутый кислородом, герметически закрытый, хорошо планирующий. Он требует для поднятия на воздух большой предварительной скорости и, стало быть, усовершенствования приспособлений для разбега. Прибавочная скорость даст ему возможность подниматься все выше и выше. Центробежная сила может уже проявить свое действие и уменьшить работу движения.

5. Скорость достигает 8 км/сек, центробежная сила вполне уничтожает тяжесть и ракета впервые заходит за пределы атмосферы. Полетав там, насколько хватает кислорода и пищи, она спирально возвращается на Землю, тормозя себя воздухом и планируя без взрывания.

6. После этого можно употреблять корпус простой, несдвоенный. Полеты за атмосферу повторяются. Реактивные приборы все более и более удаляются от воздушной оболочки Земйи и пребывают в эфире все дольше и дольше. Все же они возвращаются, так как имеют ограниченный запас пищи и кислорода.

7. Делаются попытки избавиться от углекислого газа и других человеческих выделений с помощью подобранных мелкорослых растений, дающих в то же время питательные вещества. Над этим много, много работают – и медленно, но все же достигают успеха.

8. Устраиваются эфирные скафандры (одежды) для безопасного выхода из ракеты в эфир.

9. Для получения кислорода, пищи и очищения ракетного воздуха придумывают особые помещения для растений. Все это в сложенном виде уносится ракетами в эфир и там раскладывается и соединяется. Человек достигает большей независимости от Земли, так как добывает средства жизни самостоятельно.

10. Вокруг Земли устраиваются обширные поселения.

11. Используют солнечную энергию не только для питания и удобств жизни (комфорта), но и для перемещения по всей солнечной системе.

12. Основывают колонии в поясе астероидов и других местах солнечной системы, где только находят небольшие небесные тела.

13. Развивается промышленность и размножаются невообразимо колонии.

14. Достигается индивидуальное (личности отдельного человека) и общественное (социалистическое) совершенство.

15. Население солнечной системы делается в сто тысяч миллионов раз больше теперешнего земного. Достигается предел, после которого неизбежно расселение по всему Млечному Пути.

16. Начинается угасание Солнца. Оставшееся население солнечной системы удаляется от нее к другим солнцам, к ранее улетевшим братьям».

После ознакомления с этими «ступенями развития» сразу же хочется отметить два обстоятельства.

Во-первых, к настоящему времени мы выполнили в основном первые восемь пунктов плана (убедившись еще раз в удивительной научной прозорливости Циолковского!) и у нас не вызывает сомнений закономерность последующих пунктов.

Во-вторых, современный этап практической космонавтики – научное исследование мирового пространства, Луны, планет и других небесных тел – не содержится явно в плане Циолковского, очередные «ступени» которого требуют организации обширных поселений сначала на околоземных орбитах (с использованием ресурсов Земли), а позже и в поясе астероидов (на базе их сырьевых ресурсов и солнечной энергии).

Таким образом, говоря формально, согласно плану полагалось бы сосредоточить усилия не на изучении и освоении планет, а на создании околоземных и околосолнечных обитаемых спутников.

И мы считаем, что наша деятельность в космосе в настоящее время по своему существу отвечает основному направлению плана К. Э. Циолковского, ибо в ближайшие годы планируется дальнейшее развитие обитаемых станций на ИСЗ (в том числе и долговременных), а рациональные формы утилизации ресурсов планет и меньших небесных тел будут выявляться, конечно, с учетом и работ К. Э. Циолковского. Конечно К. Э. Циолковский предполагал непрерывное научное исследование внеземной природы (об этом он говорит во многих своих трудах), но его план носит утилитарный характер, отражая конечную цель – практическую отдачу выхода в космос.

Однако некоторые особенности развития науки и техники середины XX века предопределили весьма существенную роль научных исследований в космосе, которые составляют своеобразный и самостоятельный этап нашей внеземной деятельности.

Ниже будет показана правомерность нынешнего (в определенном смысле дополнительного к плану К. Э. Циолковского) этапа развития космонавтики, как неизбежного шага к овладению всеми богатствами Солнечной системы, а также специфическая роль Луны на этом пути.

К. Э. Циолковский предполагал, что уже со времени запуска первых спутников Земли космические аппараты будут пилотируемыми (см. его план начиная с пятого пункта).

Тогда – после создания серии спутников Земли, на которых отработан круговорот веществ, – вполне логичен полет к астероидам-. Освоение астероидов, включая утилизацию сырьевых ресурсов, неизмеримо легче, чем освоение планет, ввиду их сравнительно малой массы, что весьма существенно облегчает посадку и взлет космических кораблей.

Однако необычайно бурный прогресс целого ряда новых научно-техничеких направлений (которого не мог предвидеть Циолковский) привел к тому, что в настоящее время освоение космоса идет по более благоприятному и эффективному пути, чем это представлялось несколько десятилетий тому назад. А именно, уже после кончины К. Э. Циолковского вошли в жизнь: телевидение, автоматика, счетно-решающие электронные машины, совершенные передающие и принимающие радиоустройства.

Все это (конечно, вместе с другой современной ракетной и космической техникой) сделало возможным создание автоматических космических аппаратов. Трудно переоценить это выдающееся достижение последователей К. Э. Циолковского, в первых рядах которых идут наши советские ученые и инженеры.

Автоматические межпланетные станции и спутники Земли взяли на себя роль разведчиков космоса, избавив тем самым человека от очень многих трудностей и жертв.

Прежде чем в космос вышел человек – с помощью автоматических устройств, – были отработаны все системы космических аппаратов, определено влияние космических факторов при внеземных полетах и получен колоссальный объем новой научной информации о Солнечной системе – в первую очередь об околоземном космосе.

В последующем развитии космонавтики роль автоматических устройств будет также велика, так как, кроме исследования небесных тел и мирового пространства, они будут широко использоваться при создании и функционировании внеземных баз человека.

Следует, конечно, отметить и недостатки автоматических аппаратов в сравнении с пилотируемыми кораблями. Главным образом, это – более узкая информация о внешних условиях и меньшая вероятность правильных выводов и действий в сложной (неожиданной) обстановке.

Возможно, что в будущем – с появлением совершенных самообучающихся машин – удастся поручать автоматам гораздо более сложные задачи, чем ныне, но едва ли роботы смогут заменить уникальный комплекс чувств и разума человека.

Однако полеты человека на межпланетные расстояния по неизведанным путям требуют сооружения больших и сложных кораблей – поэтому в самом ближайшем будущем, очевидно, основную работу в космосе будут выполнять все-таки автоматы.

Главным содержанием космической деятельности человека в настоящее время является научное исследование окружающего нас мира (включая нашу планету) и его закономерностей, а также использование космических аппаратов для практических нужд населения Земли (связь, метеорология и др.); материальной основой этого процесса служат искусственные спутники и автоматические межпланетные станции с последующим включением и человека.

Дальнейшие этапы развития космонавтики будут охватывать все большие области изучения и освоения внеземных процессов и ресурсов.

Целью настоящего раздела книги не является анализ всего плана К. Э. Циолковского или обоснование рациональных путей и форм освоения космоса – решение этой задачи требует целого ряда обстоятельных трудов. Здесь будут отмечены лишь некоторые тенденции современного прогресса человечества, связанные с выходом в космос, и рассмотрено значение Луны в деле овладения богатствами Солнечной системы.

По мере увеличения масштабов проникновения человека в космос будет расти значение научных исследований, а также новых научно-технических направлений, ибо, как показывает практика, роль науки, становящейся непосредственной производительной силой, непрерывно возрастает.

Более того, наша повседневная «земная» деятельность начинает приобретать «космический» характер. Этот своеобразный процесс получил название космиза-ции, что означает не только появление новых чисто космических наук, но и все большее привлечение космических факторов и явлений как в научных исследованиях, так и в производстве.

В настоящее время процесс космизации охватывает все более широкие области нашей жизни, отражая вполне естественную взаимосвязь нашей планеты и человечества с другими частями Вселенной.

Можно отметить, например, появление ряда новых наук (космической медицины и биологии, космохимии, астродинамики и др.), постановку измерений и экспериментов непосредственно в космосе, использование космических факторов и космической техники (вакуумное производство, радиационное воздействие, электронное оборудование высокой надежности, аппаратура медицинского контроля и т. д.).

Использование спутников Земли для межконтинентальной связи, навигации, прогнозирования погоды – это лишь первые практические плоды космической эры.

Освоение космоса началось как нельзя более своевременно, так как прогресс нашей цивилизации (включая количественный рост человечества) в перспективе с неизбежностью обусловливает возрастающее использование энергетических, сырьевых и пространственных внеземных ресурсов.

И всесторонняя деятельность человека в космосе не за горами, ибо темпы научно-технического и социального развития непрерывно увеличиваются. Ведь только за последние 100 лет человечество начало применять паровые машины и электричество, механизированный транспорт и радио, широко использовать полезные ископаемые, развивать атомную энергетику и ракетно-космическую технику. Уже треть населения Земли стала на путь социализма; человечество ставит перед собой все более грандиозные задачи.

Таким образом, изучение внеземных объектов и явлений – это не преходящая ступень освоения космоса, а постоянно действующий фактор, определяющий успешность овладения все большими богатствами природы.

Какими же путями пойдет дальнейшее проникновение человека в космос в связи с современным состоянием и направлением развития космонавтики? Какова роль Луны на этом пути?

Как видно из вышеизложенного, последующее овладение внеземными ресурсами должно включать в себя все большее использование солнечной энергии, околосолнечного пространства и вещества астероидов, планет и их спутников, т. е. в основном должен быть претворен в жизнь план, предсказанный К. Э. Циолковским.

И если отработка круговорота веществ в обитаемых станциях и рост количества последних (девятый и десятый пункты плана) могут быть вполне успешно осуществлены на околоземных орбитах, то освоению астероидов, планет и меньших тел (одиннадцатый пункт плана), по-видимому, должна предшествовать сложная работа по налаживанию технологии переработки внеземного сырья с использованием солнечной энергии на более доступном небесном теле. Таким небесным телом может явиться Луна и в этом состоит ее специфическая роль в овладении космосом, особенно важная на первых порах активной деятельности людей в Солнечной системе.

Эта особая роль принадлежит Луне главным образом по следующим причинам.

1. Луна является наиболее доступным для нас крупным небесным телом. Минимальное расстояние от Земли до пояса астероидов или ближайших к нам планет Венеры и Марса более чем в 100 раз превышает расстояние от Земли до Луны. Соответственно время перелета до нашей естественной спутницы составляет около половины недели, а полет с Земли до ближайших планет или к астероидам длится примерно полгода.

Насколько велика при этом разница в потребных космических кораблях, можно видеть из сравнения необходимого полезного груза хотя бы только для жизнеобеспечения космонавтов. В сутки человеку в космическом полете нужно иметь: пищевых продуктов – около 1 килограмма, воды – до 8 килограммов, кислорода для дыхания – свыше 1 килограмма.

Разительное отличие в длительности и стоимости полетов, определяющее темпы освоения небесного тела, усугубляется еще и тем, что периодичность благоприятных дат пуска (по энергетическим затратам, времени перелета и другим причинам) составляет для Луны один месяц, для Венеры – 1,5 года, для Марса (и астероидов) – 2 года.

Что касается астероидов, то полеты к ним осложняются тем обстоятельством, что точность наведения автоматических межпланетных станций пока еще не обеспечивает уверенного попадания на какой-либо из них (не говоря уже о повышенной метеоритной опасности).

2. Луна имеет приемлемые условия по силе тяжести, наличной энергетике, тепловому и световому режимам. Ускорение силы тяжести у лунной поверхности в 6 раз меньше, чем у Земли – это существенно облегчает транспортные работы, упрощает конструкцию лунных сооружений и, по-видимому не будет иметь заметного отличия от ускорений, создаваемых на крупных обитаемых искусственных спутниках.

Вопросы жизнеобеспечения человека на Луне были рассмотрены во второй главе; там же было показано, что сырьевые и энергетические лунные ресурсы достаточны для выполнения поистине грандиозных работ.

3. Согласно опубликованным планам стран, ведущих исследования в космосе (например, США), на Луне будут созданы обитаемые базы существенно раньше, чем на других небесных телах.

Таким образом, по причинам, указанным выше, Луна – уже в ближайшие десять лет – позволит развернуть разнообразные работы по ее изучению и освоению.

Что же это даст в плане перспективного овладения космосом?

Изучение строения и состава Луны (при сопоставлении с данными о Земле и других небесных телах) позволит понять общие геолого-астрономические закономерности развития планет (включая малые) и возможное распределение в них металлов, кислорода, воды, неорганического топлива, строительных материалов и т. д.

Луна явится первым небесным телом, на котором начнется промышленное использование внеземных сырьевых и энергетических ресурсов. Именно на ней впервые будут отработаны различные методы и технология получения из местного сырья исходных материалов для космической индустрии и внеземных поселений.

На Луне – в процессе эксплуатации – могут быть поняты преимущества и недостатки помещений разных конструкций и типов: жилищно-бытовых, производственных и научных; расположенных на поверхности и в грунте; при освещении Солнцем и без него (но, конечно, с учетом отличий от лунных условий). Найдут своё решение также вопросы обеспечения длительной жизнедеятельности человека и растений в условиях внешнего вакуума, ослабленной тяжести, воздействия радиации и микрометеоритов, отсутствия существенного магнитного поля.

Естественным завершением первого этапа всех этих усилий будут образцы промышленных и жилищно-бытовых комплексов, которые могут найти применение и на других небесных телах, на новых внеземных базах человека. Кроме того, на Луне могут быть изготовлены и отправлены на соответствующие околосолнечные орбиты первые «эфирные» города (на базе круговорота веществ), созданные вне Земли.

Большое значение использования вещества Луны для деятельности людей на околосолнечных орбитах становится особенно понятным с учетом того факта, что масса Луны превышает массу самого крупного астероида почти в 100 раз и массу всех известных астероидов Солнечной системы – более чем в 10 раз. Таким образом, в перспективе Луна призвана сыграть весьма важную роль на пути овладения всеми ресурсами Солнечной системы.

Если обратиться к использованию Луны не з столь отдаленном будущем, то она, очевидно, еще долго будет сохранять свое значение как основная научная лаборатория человека в космосе.

Следует ожидать, что будут проведены крупные мероприятия, призванные улучшить условия жизни и работы человека на Луне. Например, одним из таких мероприятий можно было бы мыслить уменьшение суток Луны до 25 часов. Это позволило бы иметь привычные нам (и оранжерейным растениям) тепловой и световой режимы, близкие к оптимальным, без существенных дополнительных энергетических затрат. Кроме того, это облегчило бы эксплуатацию поверхностных лунных пород, колебания температуры которых уменьшились бы в несколько раз.

Указанное убыстрение вращения Луны может быть принципиально достигнуто выбросом реактивных струй на экваторе вдоль линейных скоростей движения соответствующих его участков. Отсутствие атмосферы на Луне и сравнительно небольшая вторая космическая скорость для нее (меньше 2,4 километра в секунду) весьма благоприятны для использования такой формы «раскручивания» нашего спутника.

Определим работу, которую необходимо совершить, чтобы увеличить нынешнюю угловую скорость вращения Луны до одного оборота за 25 часов, т. е. значение = 0,24*10^-5 1/секунда довести до = 7*10^-5 1 /секунда.

Как известно, соответствующая работа определяется выражением

, где J – момент инерции Луны относительно ее оси вращения.

Момент инерции шарового тела определяется формулой (здесь М – масса тела, г – его радиус, k – коэффициент, характеризующий распределение плотности вдоль радиуса). В частности, для однородного шара k = 0,4; но это значение превышает значения k для небесных тел, так как плотность их вещества растет с глубиной; для Земли, например, k = 0,334; Луна является телом, весьма близким к однородному, в соответствии с этим коэффициент k для нее равен 0,39.

Следовательно, 7 = 0,39-7,35*10²⁵ (1,738-108)2; J = 8,67*10⁴¹ грамм-силы на квадратный сантиметр.

Таким образом, возвращаясь к выражению A = J/2 * (2 – 2/0), мы получаем возможность подсчитать работу, которую нужно затратить, чтобы сократить сутки Луны до 25 часов; она составляет внушительную величину, равную A = 2,17-10^33 эргов.

К поверхности Луны подходит лучистый поток от Солнца, несущий ежегодно 4-10^30 эргов энергии.

Если для целей увеличения скорости вращения Луны задаться достаточно полным использованием этого вида энергии, то и тогда длительность лунных суток можно приблизить к земной за период порядка тысячи лет.

Но, вероятно, в перспективе столетий в распоряжении у человека окажутся существенно более эффективные формы энергии, чем современные (например, термоядерная, аннигиляционная), и поставленная задача не покажется столь уж безнадежной.

В этом смысле, по мере овладения внеземными ресурсами и увеличения могущества человечества в космосе, будут решены и более сложные проблемы – такие, как изменение орбит планет, создание систем связи с другими цивилизациями, широкое использование материальных внеземных ресурсов, полеты в области соседних звезд и т. д.

На этом пути овладение Луной является одним из первых и скромных, но необходимых этапов.

(Отсутствуют стр 233-234)