• Как можно перерабатывать воздух и возвращать в оборот до 98% воды

• Что длительное пребывание в одной шестой земной гравитации может сделать с человеческим организмом

• Как астронавты смогут защищаться от радиации и лунной пыли

• Получится ли выращивать растения в лунном реголите

• Как воду и кислород можно будет получать из местных ресурсов

• Почему база способна перегреться, даже находясь среди чрезвычайно холодного лунного ландшафта

• Что произойдёт, если основная система охлаждения внезапно выйдет из строя

Луна, условия на её поверхности, измерения радиации и упоминаемые существующие технологии реальны. Сама база, экипаж и происходящие события являются одним из научно обоснованных вариантов развития подобной экспедиции.

Как вы думаете, сможет ли экипаж с технологиями ближайшего будущего действительно прожить на Луне целый год? Что станет главной угрозой: радиация, отказ оборудования, низкая гравитация или человеческая психология?

Организаторы опроса отметили, что результаты отражают скорее гипотетическую готовность к футуристическому сценарию, чем реальный спрос на космическую миграцию. Вместе с тем исследование показывает, что тема освоения космоса остаётся интересной для разных слоёв

ПыСы: при этом отмечу, что новость запостили тут

Но на сайте "Русское поле" такое исследование мной обнаружено не было

Мы будем разбираться в энергетике и перспективах, но сначала о грустном. Дело в том, что несмотря на все преимущества гелия-3, он составляет жалкие 0,000137% от всего гелия на Земле, а 99,99986% — на гелий-4, который не имеет полезных свойств, интересных энергетикам.
Давайте-ка по порядку.

Изотоп

Гелий-3 рассматривается как перспективное топливо для термоядерных реакторов. Существует три типа водорода:

• Легкий (протий, ядро — один протон)

• Тяжелый (дейтерий, состав — протон + нейтрон)

• Сверхтяжелый (тритий, состав — протон + два нейтрона)

Изначально исследователи пробовали использовать обычный водород, однако его энерговыход оказался недостаточным. Больше потратишь усилий и денег, чем получишь реального выхлопа. Водород - на выход. Следующий шаг — дейтерий, который дает больший выход энергии, но с калькулятором в руках просчитано, что затраты не окупаются.
После этого был выбран тритий, вот здесь результаты были приемлемыми, однако его плазма оказалась трудной в управлении.

В настоящее время ученые рассматривают гелий-3 (состав — два протона + нейтрон), и надо полагать , что изотоп может обеспечить больший энергопоток и будет легче в управлении.

Но, как мы помним, на Земле гелия-3 крайне мало. А гелий-4 (два протона + два нейтрона), хоть и присутствует в больших количествах, но для термоядерных реакций не годится.

Ядерная реакция 3Не + D → 4Не + p (увы, малодостижимая в промышленных масштабах ввиду малого количества сырья) имеет ряд преимуществ по сравнению с более удобной и простой в земных условиях дейтериево-тритиевой реакцией T + D → 4Не + n.
К числу этих преимуществ относим значительно более низкий поток нейтронов из зоны реакции, а это ведет к серьезному снижению наведенной радиоактивности и уменьшению деградации материалов реактора. Про материалы реактора еще поговорим, там и без радиоактивности проблем хватает.
Кроме того, одним из продуктов реакции являются протоны, которые, в отличие от нейтронов, легко улавливаются и могут быть использованы для дополнительной генерации электроэнергии.
О хранении сырья: и гелий-3, и дейтерий характеризуются неактивностью, что позволит складировать их без особых мер безопасности; даже в случае аварии с разгерметизацией активной зоны выброс даст практически нулевой уровень радиоактивности.

Мы пишем, что гелий-3 хранить достаточно безопасно, но помимо обеспечения безопасности есть много других требований. Гелий-3 хранится при крайне низких температурах и под высоким давлением, а значит потребуются сложные криогенные системы. Гелий-3 — лёгкий и подвижный газ, способный улетучиваться, проникая через мельчайшие поры материалов. Следовательно, кроме температуры и давления необходима абсолютная герметичность не только на этапе хранения, но и при транспортировке.

Но, конечно, все не настолько волшебно, как хотелось бы: существенный недостаток гелий-дейтериевой реакции — гораздо более высокий температурный порог, необходимый для ее запуска, который составляет около миллиарда градусов. И это вторая проблема материалов реактора.

О реакторах

Уже сейчас - и не первое десятилетие - существует несколько проектов и исследований, посвящённых возможности использования гелия-3 в термоядерном синтезе. ITER (Международный экспериментальный термоядерный реактор) - наиболее известный, распиаренный, и пожалуй, дорогостоящий.

В реакторе где создаются установки на основе плазменного термоядерного синтеза с использованием гелия-3 в качестве топлива.

Ни один из существующих материалов не способен выдержать длительный нагрев до таких температур — любой, даже самый прочный сплав, разработанный в секретных военных лабораториях, деформируется и распадается на пыль, если реакция продолжается чуть дольше, чем положено. Именно поэтому термоядерная реакция на текущем этапе не может длиться более одной минуты.
Идея получения энергии через "обратное деление", основанная на разнице масс, привлекала физиков на протяжении многих лет. Проблемы первых термоядерных реакторов, или устройств, которые были похожи на них, заключались не только в высоком энергопотреблении, но и в отсутствии реальных результатов.

Есть такой проект и у России, и у Китая - в общем, не единичная разработка. Главная нерешённая проблема термоядерных реакторов, предназначенных для разогрева дейтерия и трития до температуры в сотню миллионов градусов, заключается в отсутствие эффективности. Удержать разогретые до состояния плазмы дейтерий и тритий в реакторе уже умеют, но энергия, выделяющаяся во время процесса синтеза, оказывается меньше той, что потребляет реактор.
Но затраты во имя науки - это затраты во имя науки.
Все не так плохо как может показаться: технология термоядерного синтеза отрабатывалась ещё в СССР, а в 1997-ом году на реакторе Jet в Великобритании удалось достичь мощности ядерного энерговыделения более 16 МВт, что примерно сравнялось с мощностью плазменных потерь.

Используемый способ получения гелия-3

Гелий-3 может быть получен только через распад трития, и основные его запасы возникли в результате этого процесса. Когда? Во время ядерной гонки в период холодной войны. Например, американцами к 2003 году было накоплено примерно 260 тыс. литров неочищенного гелия-3, но уже спустя 7 лет объемы неиспользуемого газа сократились до 12 тыс. литров.
Спрос на редкий газ рос (и тут вопрос не в энергетике, а в использовании гелий-3 в других сферах, в том числе медицины). В связи с растущим спросом в 2007 году вновь запустили ограниченное производство трития, по плану ежегодное получение гелия-3 составляло 8 тыс. литров. В то же время текущий годовой спрос на гелий-3 уже превышает 40 тыс. литров, из которых только 5% используется в медицине.
В апреле 2010 года Комитет по науке и технологии США завил, что нехватка гелия-3 может негативно сказаться на различных областях, и даже ученые в ядерной отрасли испытывают трудности с его приобретением из государственных запасов.

Вот с тех пор аукционная цена на гелий-3 колеблется около $2000 за литр, и никаких тенденций к удешевлению не отмечается. Дефицит объясняется тем, что большая часть гелия-3 используется для создания нейтронных детекторов, необходимых для обнаружения ядерных материалов. Эти детекторы фиксируют нейтроны по реакции (n, p) — захвату нейтронов и испусканию протонов. Чтобы эффективно отслеживать попытки ввоза ядерных материалов, требуется значительное количество таких детекторов, что и делает гелий-3 чрезвычайно дорогостоящим ресурсом.

Итак, откуда его брать?

Есть одна крайне перспективная, но пока еще не реализованная идея, требующая дальнейших исследований и технического прорыва. Для начала факт, о котором вы наверняка догадались из заголовка.

Каждая тонная лунного грунта содержит около 0,01 грамма гелия-3. По предварительным подсчетам, всего на Луне не менее 500 тыс. тонн вещества. Этого достаточно, чтобы обеспечить всю планету энергией на 5000 лет без использования прочих источников.
А вот общее количество гелия-3 в атмосфере нашей планеты оценивается всего в 35 000 тонн. Почувствуйте разницу!
В природе гелий-3 миллионами и миллиардами лет может накопиться либо на больших планетах (Уран или Нептун), способных его удерживать, либо на телах без атмосферы и магнитосферы. Ближайший к нам источник - Луна, где в грунте искомый гелий-3 лежит в чистом виде, то есть его не придется обрабатывать, достаточно собирать в капсулы спецтехникой (немногим сложнее лунохода) — и можно сразу отправлять на Землю. А дальше простая математика - 2 тонны гелия-3, разогретые в термоядерном реакторе, дадут столько же энергии, сколько 30 млн тонн нефти, сжигаемой в печах ТЭС.

И совершенно случайно успехи в завершении проектов по созданию термоядерных реакторов совпали с возобновлением "лунной гонки". Как всегда, есть нюанс. Для того, чтобы начать добычу на Луне, придется делать огромные вложения. Понадобится не только техника, понадобятся люди. По сути, это означает колонизацию спутника. Это несколько сложней - потребуется инфраструктура с обеспечением людей водой, воздухом, топливом, строительными материалами. И если добыча окажется выгодной - ее начнут.

Так, в 2024 году экс-сотрудники американской частной космической компании Blue Origin основали собственный стартап Interlune, ставя целью к 2028 году создать завод на Луне. Сооснователь Interlune Роб Мейерсон заявлял: Гелий-3 — единственный ресурс, цена которого достаточно высока, чтобы обеспечить полет на Луну и возвращение его на Землю. Есть клиенты, которые хотят купить его сегодня.
В 2026 году должен пройти первый пробный полет с забором гелия-3 и его доставкой на землю, проект будут совместным для Interlune и NASA.
Завод - это прекрасно. Но полноценная Лунная база - еще лучше.

Проект таковой есть у России и Китая, причем согласно плану станция должна быть построена к 2033 году. В 2023 года правительство РФ подписало соответствующее соглашение о сотрудничестве с КНР по возведению Международной научной лунной станции. А 5 марта 2024 года сообщалось, что страны обдумывают способы доставки на Луну в 2030-х годах ядерную станцию с помощью роботов.
Это прекрасно, но мы упираемся в 2 фактора:
1. Термоядерные реакторы до сих пор ненадежны и неспособны обеспечивать бесперебойную работу даже при наличии гелий-3.
2. Затраты на создание лунных экспедиций, лунных баз и лунных заводов не отобьют себя, если термоядерные реакторы окажутся пшиком по непреодолимым техническим моментам.
Это не значит, что "нет клиентов, которые хотят купить гелий-3 сегодня". Медицина, криогенная промышленность, научные лаборатории - постоянные клиенты, но не станет ли лунный гелий-3 слишком дорогой альтернативой земному гелию-3?
Имеет ли смысл вкладываться сейчас, на короткой перспективе?

Источник: https://vistat.org/art/kak-solnechnyj-element-gelij-dal-novy...

1. Новая стратегия: почему NASA меняет правила

Одним из ключевых решений нового руководства стал отказ от проекта лунной орбитальной станции Gateway. Этот план предполагал создание перевалочного пункта на орбите Луны, откуда астронавты спускались бы на поверхность. Теперь NASA сосредотачивается на строительстве непосредственно базы на поверхности Луны. Глава NASA Джаред Айзекман заявил: «На этот раз цель — не флаги и следы. На этот раз цель — остаться».

Основной драйвер изменений — конкуренция с Китаем. Пекин планирует высадить своих астронавтов на Луну к 2030 году, и США намерены опередить их любой ценой. Президент Дональд Трамп поставил задачу вернуть американцев на Луну до конца своего срока в январе 2029 года.

Старая схема с запусками раз в два-три года признана «катастрофической для поддержания квалификации инженеров». Новая цель — ежегодные высадки на Луну начиная с 2028 года, а в перспективе — каждые шесть месяцев.

1. Проблемы носителей: наследие Space Shuttle

Основная проблема программы — ракета SLS (Space Launch System), доставшаяся NASA в наследство от программы Space Shuttle. Её создание было политическим компромиссом: Конгресс требовал сохранить рабочие места и технологии, поэтому SLS использует старые двигатели RS-25, те самые, что летали на шаттлах, и ту же производственную кооперацию.

Цифры, которые шокируют: один запуск SLS с кораблем Orion стоит более 4 миллиардов долларов. Ракету невозможно производить чаще одного раза в год. Разработка SLS обошлась в 23 миллиарда долларов — в разы дороже первоначальных оценок.

В рамках реформы NASA аннулировала контракт Boeing на сумму около 2,8 миллиарда долларов на создание более мощной верхней ступени SLS Block 1B. Вместо модернизации агентство сосредоточится на стандартизации существующей версии и увеличении темпов производства.

Корабль Orion производства Lockheed Martin остается в программе, но его роль меняется. У него ограниченные двигательные возможности — он не может самостоятельно выходить на низкую орбиту Луны. Именно эта слабость открыла дорогу Starship.

1. Новая роль SpaceX: Starship становится главным

Раньше SLS запускал Orion почти к Луне, а Starship HLS ждал на орбите Луны. Теперь всё иначе. SLS запускает Orion только на низкую околоземную орбиту. Starship стартует отдельно, подлетает к Orion на земной орбите и стыкуется с ним. Затем Starship тащит Orion к Луне, используя свои мощные двигатели, и доставляет его в низкую лунную орбиту. Это то, чего SLS и Orion не могли сделать самостоятельно.

Starship V3 способен выводить на орбиту более 100 тонн полезной нагрузки в многоразовом режиме — больше, чем SLS. Он полностью многоразовый, что в перспективе должно снизить стоимость запуска с 4 миллиардов долларов до десятков миллионов.

Ключевое изменение в расписании: миссия Artemis III в 2027 году больше не будет высадкой на Луну. Это будет тестовая миссия на околоземной орбите, где Orion впервые пристыкуется к лунному посадочному модулю SpaceX или Blue Origin и отработает совместные операции. По сути, это повторение миссии «Аполлон-9», которая в 1969 году отработала стыковку с лунным модулем на земной орбите.

1. История испытаний Starship: путь к орбите

Starship — самая амбициозная и противоречивая ракета в истории. Её разработка — это череда взрывов, успехов и уроков, которые SpaceX извлекает с пугающей скоростью.

В 2023 году состоялись два первых полета. Первый в апреле закончился полным провалом: ракета взорвалась через четыре минуты, стартовый стол был разрушен. Но 33 двигателя запустились, и ракета оторвалась от земли. Второй полет в ноябре стал частичным успехом: впервые отработано горячее разделение ступеней, корабль достиг космоса на высоте 149 километров, но взорвался при наборе скорости.

В 2024 году состоялись еще четыре полета. В марте корабль вышел на расчетную траекторию, отработал перелив топлива между баками и открыл люк для полезной нагрузки, но был потерян при входе в атмосферу. В июне наконец пришел успех: обе ступени успешно приводнились в океан, корабль пережил вход в атмосферу, несмотря на прогорание закрылков. В октябре случился исторический успех: впервые первая ступень Super Heavy была поймана башней Mechazilla. В ноябре — еще один успешный полет.

В 2025 году начались полеты обновленной версии Block 2, и здесь возникли проблемы. В январе бустер пойман успешно, но корабль взорвался из-за гармонических вибраций и утечки топлива. В марте снова провал: бустер пойман, корабль потерян за 30 секунд до выхода на орбиту, обломки упали на Багамах, вызвав дипломатический скандал. В мае частичный успех: бустер взорвался при агрессивном торможении, но корабль достиг орбиты, хотя потерял управление при возвращении. В августе наконец первый успешный полет Block 2: корабль развернул 8 макетов спутников Starlink и выполнил перезапуск двигателя в космосе. В октябре завершающий успешный полет Block 2.

Что пошло не так в Block 2? Первый успех пришел только с третьей попытки. Причины проблем: гармонические вибрации на определенных частотах разрушали топливные магистрали, утечки метана в системе подачи топлива приводили к пожарам в двигательном отсеке, а после восьмого полета выявили неправильные спецификации затяжки креплений двигателей.

Когда будет орбитальный полет? Следующий полет — IFT-12, это будет первый полет новой версии Block 3. Ориентировочная дата — апрель 2026 года. Сначала планируется суборбитальный полет для отработки новых систем, а затем — орбитальный. Важный нюанс: Starship еще ни разу не был на орбите Земли. Все 11 предыдущих полетов были суборбитальными. Первый орбитальный полет ожидается после IFT-12, возможно, в IFT-13 или IFT-14.

1. Строительство лунной базы: не только Artemis V

Строительство постоянной лунной базы — это многоэтапный процесс, который начнется задолго до Artemis V. NASA разработало трехфазный план с бюджетом около 20 миллиардов долларов на семь лет.

Первая фаза — разведка и тестирование — уже началась. В неё входят регулярные отправки роверов и научных инструментов на Луну, тестирование технологий мобильности, энергоснабжения, связи и навигации, отработка бурения и извлечения грунта. Участвуют коммерческие партнеры NASA.

Вторая фаза — ранняя инфраструктура — начинается с миссий Artemis IV и V. Планируется строительство «полужилых» зон для временного пребывания астронавтов. Астронавты смогут оставаться на поверхности на сроки, сопоставимые с миссиями на МКС. Помощь оказывают международные партнеры, в частности Япония.

Третья фаза — постоянное присутствие — начнется после Artemis V. Будут доставлены крупные жилые модули и транспортные средства. Произойдет переход от краткосрочных миссий к постоянному присутствию человека на Луне. Участвуют Итальянское и Канадское космические агентства.

Artemis V — это поворотный момент, а не начало строительства. Ключевые задачи именно этой миссии: первая высадка с использованием коммерческих решений (после Artemis IV, где будут использоваться более традиционные подходы), начало регулярного развертывания компонентов базы и тестирование логистики для ежегодных, а затем и полугодовых миссий.

Кто и как строит? SpaceX предоставляет посадочный модуль HLS (Starship) и занимается транспортировкой грузов. Blue Origin разрабатывает альтернативный посадочный модуль Blue Moon. Boeing продолжает производить SLS, но его роль сокращается до вывода Orion на орбиту Земли. Lockheed Martin производит Orion — единственный корабль, способный вернуть астронавтов с Луны. Япония предоставляет компоненты инфраструктуры базы. Канада отвечает за робототехнику и системы связи. Италия занимается жилыми модулями и логистикой.

Когда у людей будет постоянная база на Луне?

Первые регулярные высадки начнутся в 2028 году с миссий Artemis IV и V. Строительство полужилой инфраструктуры начнется в 2028-2029 годах. Переход к постоянному присутствию ожидается примерно к 2030 году.

Глава NASA Айзекман заявил: «Лунная база не появится в одночасье. Мы инвестируем около 20 миллиардов долларов в течение следующих семи лет и построим ее через десятки миссий, работая вместе с коммерческими и международными партнерами».

Итог: что меняется

Частота запусков SLS увеличивается с одного раза в два-три года до одного раза в 10-12 месяцев, а к 2028-2029 году планируется выйти на один запуск каждые шесть месяцев.

Роль SLS меняется кардинально: раньше она доставляла Orion к Луне, теперь она будет выводить Orion только на орбиту Земли.

Роль Starship расширяется: раньше он был только лунным посадочным модулем, теперь он становится межорбитальным буксиром и посадочным модулем в одном лице.

Орбитальный полет Starship — его еще не было, но ожидается в апреле-летом 2026 года.

Лунная станция Gateway отменена, ресурсы перенаправлены на строительство базы на поверхности.

Первая высадка на Луну перенесена с Artemis III на Artemis IV, которая состоится в 2028 году.

Постоянная база на Луне ожидается примерно к 2030 году по трехфазному плану стоимостью 20 миллиардов долларов.

Стоимость одного запуска SLS и Orion остается на уровне 4,1 миллиарда долларов, но NASA планирует снизить её за счет коммерциализации и увеличения частоты запусков.

Главный вывод: NASA больше не пытается делать всё сама. Агентство становится заказчиком, а SpaceX — главным подрядчиком. Старые носители SLS доживают свой век, а новые Starship только начинают летать. Лунная база — это вопрос не «если», а «когда», и ответ — к концу этого десятилетия.

А пока — наслаждаемся полетом «Артемиды-2» и ждем, когда Starship наконец выйдет на орбиту.

Основные вехи:

Фаза 01: Подготовка и разведка (2026–2028)

• Инвестиции: 10 млрд долларов.

• Цель: Доставка первых роверов, инструментов и оборудования для подготовки площадки.

• Особенности: Пик запусков приходится на 2028 год (12 запусков), что указывает на активную фазу развертывания базовой инфраструктуры и систем посадки.

Фаза 02: Наращивание мощностей (2029–2032)

• Инвестиции: 10 млрд долларов.

• Цель: Увеличение количества орбитальных и поверхностных активов. Появляются более сложные механизмы и специализированный транспорт.

• Особенности: Частота запусков стабилизируется на уровне 6–7 в год. В этот период акцент смещается на техническое оснащение и логистику.

Фаза 03: Постоянное присутствие (2033–2036)

• Инвестиции: Более 10 млрд долларов.

• Цель: Строительство жилых модулей (Habitats). С 2033 года на графике ежегодно появляется иконка дома, что означает создание условий для длительного пребывания людей.

• Особенности: Финальная стадия превращает временную стоянку в полноценную обитаемую базу.

Общая статистика плана:

• Запуски: Всего планируется около 80 запусков ракет за 11 лет.

• Посадочные модули (Landers): Интенсивность посадок остается высокой на протяжении всего времени, обеспечивая постоянный приток ресурсов.

• Инфраструктура: От простых луноходов в 2026 году до полноценных жилых комплексов к 2036 году.

К сожалению, в ожидании ответа мы смотрим не в нашу сторону, а на китайцев.

Источник

На всякий случай напомню, что Карлос Гарсия-Галан - заместитель руководителя программы Gateway, которую недавно окончательно похоронили в рамках проекта Artemis.