Способ первый: Moontrap
Способ, получивший наименование Moontrap,
применим к доставке большей части грузов
(> 90 %), необходимых для строительства и еже-
годного обеспечения лунной базы, таких как
конструкционные материалы, компоненты
ракетного топлива и химические реагенты для
переработки лунного грунта.
Доля массы космического аппарата (КА) на под-
лете к Луне перед началом торможения составля-
ет около 33% от его начальной массы на низкой
околоземной орбите (НОО). После посадки доля
полезного груза составляет около 5% массы аппа-
рата на НОО. Например, масса полезного груза
КА «Луна‑17» составила всего 13,5% от массы КА
перед началом торможения, а масса полезного
груза КА «Луна‑21» – 14,7%.
Доля полезного груза уменьшается за счет запа-
сов топлива и массы посадочной ступени, необ-
ходимых для мягкой посадки. Вместе с тем боль-
шая часть грузов не нуждается в дорогостоящей
безударной посадке. Например, конструкцион-
ные материалы (слитки металлов) могут быть до-
ставлены в район строительства базыжесткой по-
садкой, подобной доставке вымпела КА «Луна‑2»
и таких ударных зондов, как серия КА Ranger, КА
Lunar Prospector, SMART‑1 и Chandrayaan‑1.
Груз в форме пенетратора – ударного прони-
кающего зонда, внедряющегося в грунт, – со-
вершает жесткую посадку аналогично лунным
ударным зондам. Таким способом могут до-
ставляться не только конструкционные мате-
риалы, но и компоненты ракетного топлива,
и реактивы для разложения реголита на кисло-
род, металлыи кремний. ТехнологияMoontrap
исключает взрывной разлет вещества слитка
за счет создания камуфлета на заданной глу-
бине и концентрации доставленного металла
в камуфлете
(рис. 1)
. Извлекается металл при
помощи стандартного оборудования лунной
базы – экскавационных и транспортных меха-
низмов.
Современные проекты лунных баз предусма-
тривают включение в состав базы землеройных
машин для экскавации грунта и роверов для его
перевозки, а также принтеров аддитивной пе-
чати, или 3D-принтеров. Поэтому извлечение
металла из-под слоя реголита значительно про-
ще и дешевле мягкой посадки какого-либо ме-
таллического изделия с таким же весом. Масса
данных механизмов может составлять всего 1%
от проектной массы базы, что не требует зна-
чительных расходов для их доставки на Луну
способом мягкой посадки. Таким образом,
большая часть конструкционных материалов,
необходимых для постройки базы, может быть
доставлена с затратами в 3–4 раза меньшими.
Академик РАН Эрик Галимов по поводу пер-
спектив аддитивной технологии на Луне конста-
тирует: «С Земли есть смысл везти только то, что
нецелесообразно делать на Луне: электронику,
блоки управления. Это не так много весит. А вот
титановый корпус хоть на 50 тонн тамможно сде-
лать автоматически – сегодня у нас есть 3D-прин-
теры. На Луне достаточно поставить солнечные
батареи, чтобы получить нужную энергию для
запуска производства» [4].
На этапе развертывания базы доставка сырья
для 3D-принтеров с Земли на Луну по тех-
нологии Moontrap выгоднее производства
сырья из реголита непосредственно на Луне:
1) производство алюминия из реголита требу-
ет 20 кВт * ч/кг, что в 180 раз больше энергии
(398,4 кДж/кг), необходимой для расплавления
готового алюминия, извлеченного из камуф-
летов, производство титана – 30 кВт * ч/кг, что
в 275 раз больше энергии (392,8 кДж/кг), необхо-
димой для расплавления готового титана;
2) аннулируются затраты на доставку оборудова-
ния и реагентов, необходимых для переработки
реголита – перерабатывающее оборудование из-
готавливается непосредственно на базе методом
3D-печати, включая новые 3D-принтеры;
3) запасы углерода (и твердофазных соединений
хлора и фтора) для химико-металлургических
реакторов поставляются параллельно с металла-
ми способомжесткой посадки.
Доставка жидких и летучих веществ на лун-
ную базу способом ударной посадки также воз-
можна, но требует более сложной технологии
и использования вспомогательного оборудова-
ния – коллектора грузов, предварительно до-
ставленного на Луну.
Коллекторы (ловушки) грузов – это легкие гер-
метичные оболочки со специальными прием-
ными шлюзами для пропуска грузов‑пенетрато-
ров, заполненные тормозной средой на основе
реголита
(рис. 1)
. Масса этого оборудования со-
ставляет менее 1% от массы компонентов ракет-
ного топлива, что обеспечивает доставку на базу
топлива и других высоколетучих веществ мето-
дом жесткой посадки.
Побочные эффекты взаимодействия достав-
ляемых веществ и реголита, применяемого
в качестве тормозной среды, будут способство-
вать сокращению стоимости снабжения базы
конструкционными металлами, например
железом, а также водой и кислородом. При по-
глощении грузов‑пенетраторов, содержащих
углерод, метан, водород или другие активные
вещества, в коллекторе начнутся восстанови-
тельные реакции (при соответствующем под-
воде теплоты). Результатом поглощения пор-
ции груза станет образование дополнительных
продуктов.
25
Воздушно-космическая сфера
I
Aerospace Sphere Journal №1(94) 2018
