1. Лунная база (ЛБ).
1.1. Общие положения лунной программы.
Лунная программа принимается на основе Постановлений Правительства и Указов Президента РФ, в которой определяются цели, средства, этапы, сроки реализации, ответственные организации – исполнители.
К основным целям программы относится:
— создание многофункциональной лунной базы с необходимыми условиями жизнеобеспечения экипажа,
— проведение научных исследований и выполнение производственных задач в условиях открытого космоса,
— обеспечение связи и космической навигации в районе Луны,
— мониторинг пространства в целях противоастероидной защиты Земли.
Лунная программа включает создание сооружений лунной базы, наземных объектов, монтажную станцию на околоземной орбите, ракетно-космические средства доставки, а также спутниковую группировку на околоземной и окололунной орбитах.
1.2. Размещение, состав, назначение сооружений.
Лунная база — это размещенный на одной площадке комплекс из отдельно стоящих основных обитаемых и вспомогательных необитаемых сооружений. Все сооружения на площадке технологически взаимосвязаны различными коммуникациями, для прокладки которых устраиваются проходные потерны.
При выборе места площадки ЛБ на поверхности Луны необходимо учитывать следующее:
— габариты площадки и подлетных зон,
— отсутствие помех для полетов лунных модулей,
— профиль поверхности, возможность движения техники (луноходов),
— возможность подготовки оснований под сооружения.
Сооружения на Луне, по предъявляемым требованиям защищенности от факторов внешнего воздействия открытого космоса, должны создаваться по нормам проектирования специальных защитных фортификационных сооружений. По этим нормам для обеспечения защищенности и живучести объекта в условиях полной изоляции от внешних факторов открытого космоса предусматривается комплекс взаимосвязанных, компоновочных, конструктивных, инженерных и других фортификационных мероприятий.
Защищенность обеспечивается:
— разнос и дублирование входов (места старта-посадки лунных модулей),
— радиационная защита и теплоизоляция,
— обваловка грунтом и защитные тюфяки от микрометеоритов,
— защита от температурных деформаций открытых конструкций,
Живучесть достигается следующими мероприятиями:
— разбивка внутреннего объема на противопожарные отсеки, при этом из каждого отсека предусматриваются не менее 2-х переходов в смежные,
— усиленная герметизация, система шлюзования и другие мероприятия для снижения утечек воздуха,
— дублирование и закольцованность коммуникаций инженерных систем жизнеобеспечения, дублирование может реализоваться подключением автономных аварийных инженерных систем каждой секции,
— учет повышенных противопожарных требований,
— другие мероприятия.
Оптимальной конфигурацией комплекса сооружений является замкнутый контур, типа “каре“. В центре площадки внутри контура размещаются главные инженерные системы, энергетическая и холодоснабжения. Вне площадки размещается оборудование противоастероидной защиты (антенны, средства противодействия).
1.3. Основные сооружения выполняют следующие функции:
— посадка и старт пилотируемых лунных модулей в автоматическом или ручном режимах управления;
— связь всех видов;
— управление и контроль функционирования всех систем;
— бытовые условия для экипажа;
— защиту от воздействия космического излучения и перепадов температуры.
— состав сооружения включаются помещения, в которых постоянно или временно могут находиться без защитных скафандров члены экипажа. К таким помещениям относятся:
— командный пункт и диспетчерская технических систем,
— операторская противоастероидной защиты,
— бытовые помещения,
— научная лаборатория,
— системы жизнеобеспечения,
— ЗИПы, хранилища и другие помещения.
В перспективе предусматриваются технические условия для создания пункта управления и контроля работы автоматизированных комплексов по геологоразведке, добыче, обогащению и транспортировке на Землю полезных ископаемых или производство сверхчистых металлов. Помимо производства и научных исследований предусматривается возможность пребывания на ЛБ «космических» туристов.
1.4. Вспомогательные сооружения выполняют функции:
— наведение лунных модулей на посадочную площадку при подлете к базе,
— размещение внешнего оборудования энергообеспечения, систем связи и космической навигации,
— устройство входных порталов с размещением систем шлюзования,
— места хранения (или стоянки) резервных пилотируемых и транспортных лунных модулей, а также хранилищ топлива, окислителя, кислорода, водорода и других расходных компонентов,
— круговое освещение площадки,
— видео-фото наблюдение всей площадки базы,
— видеоконтроль процесса монтажа и эксплуатации соседних сооружений.
На фасадах сооружений размещаются панели солнечных батарей с возможностью их наращивания, смонтированы антенны систем связи и космической навигации, а так же другое внешнее оборудование.
Для выхода на поверхность или перехода по защищенным потернам в другие сооружения предусматриваются системы шлюзования.
1.5. Проходные потерны связывают сооружения ЛБ и предназначены:
— для перемещений между сооружениями без выхода на поверхность, при этом для сокращения утечек воздуха через наружные ограждающие конструкции внутри потерны зоны прохода отделить дополнительной надувной пленочной конструкцией;
— организации системы шлюзования при входе-выходе на поверхность,
— устройство противорадиационного укрытия с микрометеоритной защитой,
— размещение рабочих мест для обслуживания роботизированных мобильных модулей (луноходов),
— противодействие проникновению пыли в основное сооружение (снятие статического электричества с поверхности скафандра, пылесос со съемным фильтром и другие меры),
— оборудование мест хранения расходных материалов (воды, пищи, кислорода для дыхания и др.) для жизнедеятельности экипажа, а также ЗИПы для обслуживания и ремонта техники,
— прокладка коммуникаций (электрические, слаботочные кабели, газовые и жидкостные трубопроводы различных систем и пр.).
2. Конструктивные решения сооружений ЛБ.
2.1. Основные и вспомогательные сооружения — это вертикальные конструкции башенного типа, которые определяются техническими возможностями монтажа сооружений. Все наружные сооружения обрамлены унифицированными силовыми каркасами на однотипных фундаментах. Каркасы каждой секции стыкуются между собой с помощью электромагнитных замков и образуют единую несущую конструкцию — внешний силовой каркас (типа «этажерки»). Все нагрузки от собственного веса конструкций и изделий, а также от нагрузок при монтаже секций и при посадке лунного модуля, а также температурные деформации передаются на силовой каркас через демпфирующие прокладки.
2.2. Каждая секций — это отдельный герметичный отсек со своим целевым комплектом оборудования. Оборудование каждой секции выполняется отдельными блоками полной заводской готовности.
2.3. Для прохода экипажа и прокладки коммуникаций через секции предусмотрены гермолюки и системы межсекционной коммутации, как это сейчас выполнено на МКС.
2.5. Конструктивно проходные потерны выполняются из гофрированного многослойного пленочного материала на пневмокаркасе, внешняя поверхность которого после установки зафиксирована слоем теплоизоляционного материала (пенополиуретан, специальная монтажная пена или материалы подобного назначения). Конструкция должна быть достаточно гибкой, чтобы учитывать профиль поверхности (уклоны) и повороты в плане, а также ремонтно-пригодной (запенивание отверстий, наклейка пластыря).
Торцевые участки потерн примыкают к секциям сооружений или к входной блок-секции с системой первой линии шлюзования для прохода членов экипажа или транспортировки РММ. Входные блок-секции конструктивно аналогичны необитаемым односекционным сооружениям.
Снаружи потерны обваловываются крупнообломочным грунтом по вспенивающемуся материалу, что обеспечивает теплоизоляцию, радиационную и микро метеоритную защиту.
3. Транспортная схема
3.1. Транспортная схема доставки грузов и экипажей для создания и эксплуатации ЛБ строится на выполнении технических, технологических и экономических требований и возможностей. Транспортная схема предполагает многократное использование ракетно-космической техники, имеющей достаточный ресурс для эксплуатации.
3.2. Для организации транспортной схемы необходимо создание универсальной ракетно-космической техники. В ее состав должны входить:
— пилотируемая околоземная монтажная космическая станция (ПОМКС);
— РН (типа «Прогресс» или «Ангара») для доставки грузов на ПОМКС;
— пилотируемый РН (типа «Союз») для доставки экипажа на ПОМКС и возвращение на Землю;
— разгонный блок (или космический буксир) для доставки с ПОМКС на окололунную орбиту крупной или тяжелой транспортной сцепки (сцепка состоит из автоматического грузового лунного модуля ЛМг, одной или нескольких секций и разгонного блока);
— пилотируемый лунный модуль (ЛМп) для доставки экипажа с ПОМКС на ЛБ и возвращении обратно, модуль имеет возможность выполнять монтаж секций на Луне и возвращаться на Землю не стыкуясь с ПОМКС;
— автоматический грузовой лунный модуль (ЛМг) для транспортировки (в составе сцепки или самостоятельно) секций сооружения и их последующего монтажа на Луне, доставка расходных компонентов на ЛБ и возвращении обратно на ПОМКС (с грузом, отработавшим разгонным блоком или порожняком).
Использование сверхтяжелых РН не предусматривается, но возможно.
3.3. Этапы полета грузовых лунных модулей ЛМг:
— старт с Земли, перелет на опорную околоземную орбиту и стыковка с ПОМКС, (используются РН «Прогресс», «Ангара»),
— на ПОМКС выполняется монтаж элементов силового каркаса на транспортируемую секцию, сборка транспортных сцепок, регламентные работы по обслуживанию модулей и оборудования многоразового использования и другие функции (например, сбор и утилизация космического «мусора»),
— старт с ПОМКС и перелет на окололунную орбиту транспортной сцепки,
— на окололунной орбите отстыковка разгонного блока,
— спуск, подлет к посадочному месту и монтаж секции с помощью грузового лунного модуля,
— по окончании пребывания на Луне старт и подъем ЛМг на окололунную орбиту,
— на окололунной орбите стыковка ЛМг с разгонным блоком,
— перелет на опорную околоземную орбиту и стыковка с ПОМКС,
— на ПОМКС с целью последующего использования остаются все лунные модули и оборудование.
3.4. Этапы полета пилотируемых лунных модулей ЛМп:
— старт с Земли, перелет на опорную околоземную орбиту и стыковка с ПОМКС, (используются РН «Союз», «шатлы-челноки»),
— на ПОМКС выполняется монтаж элементов силового каркаса и стыковка с блоком жизнеобеспечения экипажа,
— старт с ПОМКС, перелет на окололунную орбиту, спуск, подлет к посадочному месту,
— по окончании пребывания на Луне старт и подъем ЛМп на окололунную орбиту,
— перелет на опорную околоземную орбиту и стыковка с ПОМКС,
— переход экипажа в спускаемую капсулу,
— сход с орбиты и посадка капсулы на Землю.
При необходимости экстренной посадки на Землю стыковка с ПОМКС может не выполняться.
3.5. Транспортная схема должна учитывать возможность организации в перспективе коммерческих (туристических) полетов любой сложности.
4. Монтаж сооружений ЛБ.
4.1. Монтаж сооружений ЛБ может быть начат после создания ракетно-космической техники (см.п. 3.2) и объектов лунной инфраструктуры, которые обеспечивают изготовление, доставку и установку секций.
4.2. Возведение объектов выполняется по секционно грузовыми лунными модулями ЛМг в посадочном режиме методом вертикального монтажа в автоматическом режиме без присутствия экипажа. Секции оборудованы унифицированными межсекционными гермостыками и прочностными разъемами силового каркаса. Все стыки и разъемы способны многократно использоваться и быть доступными для визуального контроля.
4.3. Первым элементом устанавливается на подготовленное грунтовое основание опорная рамная конструкция, которая может быть зафиксирована в горизонтальном уровне винтовыми анкерами, забитыми в грунт пиропатронами.
Опорная конструкция имеет ответную часть для стыковки с первой нижней секцией и силовым каркасом.
4.4. Этапы монтажных работ (только для объектов на Луне).
Этап 1 — подготовительный, безлюдный. На выбранный участок поверхности осуществляется посадка 3-5 односекционных блоков с роботизированными мобильными модулями (луноходами). Их задача очистить площадку ЛБ, подготовить основания.
Этап 2 – монтажный начальный, безлюдный. На подготовленное место установить опорные конструкции в проектное положение и зафиксировать их анкерами, забитыми в грунт с помощью пиропатронов.
Этап 3 – монтажный основной, безлюдный. Устанавливаются секции сооружений.
Этап 4 – проверочный, наладочный. Задачей экипажа первой экспедиции является проверка работы всех технических систем и оборудования, стыковки межсекционных коммуникаций, установка переходных потерн, начало их обваловки с помощью специализированых роботизированных мобильных модулей (РММ).
Этап 5 – Ввод сооружений ЛБ в эксплуатацию под контролем экипажа. Задачей экипажа на ЛБ является проведение тестовых проверок и подключение технологического оборудования. После проведения регламентных, пусконаладочных работ и начала эксплуатации присутствие экипажа на ЛБ только по необходимости.
4.5. Контроль за подлетом, посадкой лунных модулей, их управлением, состоянием межсекционных стыков осуществляется с Земли с использованием видеокамер.
Правильность положения (ориентации при монтаже) секций между собой в сооружении, в том числе, при посадке лунного модуля, контролируется автоматически (например, методом координатного чипирования) или видеокамерами роботов.
5. Инженерные системы.
5.1. Все инженерные системы, обслуживающие и обеспечивающие функционирование лунной базы, работают в двух режимах:
— автоматическом безлюдном,
— ручном, работа под контролем экипажа.
5.2. Основные инженерные системы – энергетическая и связанная с ней система теплоотведения (утилизация излишков тепла).
5.3. В период монтажа объектов ЛБ главными потребителями электроэнергии являются основные строительные механизмы, функции которых выполняют роботизированные мобильные модули (РММ). Для их эффективной работы требуется наличие энергоблока, мощность которого должна обеспечивать работу оборудования в условиях продолжительного лунного дня и особенно ночи.
5.4. Днем снабжение электроэнергией может обеспечиваться от панелей солнечных батарей, которые размещены на прибывшей секции. На секции предусмотрены контакты для автоматической зарядки аккумуляторов РММ.
Ночью возможным источником электроэнергии может являться размещенный в секции блок аккумуляторных батарей, накопивших энергию за лунный день. Наиболее эффективными в использовании являются серно-натриевые высокотемпературные аккумуляторы.
5.5. Для организации эффективной работы РММ в начальный период из всех автономных источников энергообеспечения является энергоблок с кислородно-водородным турбогенератором. В перспективе источником энергии может стать атомная энергия.
Топливные компоненты доставляются с Земли или получают на месте из воды и металлического натрия. Использование турбогенератора совместно серно-натриевыми аккумуляторами позволяет:
— регулировать расход топливных компонентов при пиковых колебаниях нагрузки в электросети ЛБ,
— при расходе сжиженных газов использовать их холод для кондиционирования воздуха,
— при утилизации выхлопа получается дефицитная чистая вода и водород,
— без утилизации выхлоп уносит избытки тепла в окружающее пространство.
5.6. Сооружения энергоблока разместить в центре площадки ЛБ (в центре электрической нагрузки от потребителей).
5.7. Для утилизации тепла предлагается использовать замораживаемый ночью грунт, для чего во внутренней зоне («каре») в обваловки сооружений ЛБ на глубине не менее 2.5м заложить регистры системы утилизации излишков тепла. Естественная температура лунного грунта на глубине 2.0 м составляет минус 34-350 С.
6. Роботы и роботизированные мобильные модули (РММ).
6.1. Для создания безопасных условий пребывания экипажа на ЛБ, а также возможность возведения и функционирования базы в безлюдном автоматическом режиме необходимо использование роботов и роботизированных мобильных модулей (РММ), которые различны по назначению и условиям использования.
6.2. Для внутренних помещений сооружений башенного типа необходимы антропоморфные роботы, способные перемещаться по вертикальным лестницам, преодолевать комингсы дверных проемов, при этом открывать-закрывать герметические люки и двери. Использование антропоморфных роботов особенно необходимо для проведения совместных ремонтных и технологических операций космонавтами (например, фиксатор-опора для ног или поддерживающая «третья рука», место хранения и зарядки ручного электроаккамуляторного инструмента). Количество, место крепления, точки зарядки и специфика исполнения роботов для каждого отсека определяется в ходе дальнейшего проектирования. На роботе предусматривается размещение видеокамер оптического и инфракрасного диапазонов, датчики противопожарной и других систем.
Антропоморфные роботы контролируют состояние оборудования, а также при необходимости выполняют его обслуживание или ремонт. В случае обнаружения внутри помещений ЛБ неприемлемых условий пребывания, определить причину их возникновения и выполнить необходимые аварийные работы, например, наклейка пластырей на отверстия в корпусе.
6.3. Все наружные работы должны выполнять специально оборудованные модули. Управление модулями осуществлять из командного пункта, размещенного в отсеке основного сооружения.
Роботизированные мобильные модули (РММ) для работ на поверхности Луны предусматриваются следующих модификаций:
— пассажирский ровер для перевозки не менее 2-х членов экипажа,
— грузовой для транспортировки грузов, грунта и компонентов топлива,
— специальные с навесным оборудованием для разработки грунта и других строительных операций.
Выход экипажа на поверхность для устранения нештатной ситуации допустим только на короткое время при невозможности использования модулей.
6.4. Все модификации РММ выполняется на универсальной многоколесной базе, на которой установлены две пары манипуляторов (с функцией аутригеров) и дополнительное оборудование специфичное для каждой модификации.
Движение и маневрирование модуля осуществляется ведущими колесами-электромоторами, которые в зависимости профиля трассы включаются от одного до всех колес сразу в любом сочетании и направлении вращения. Такое конструктивное решение позволяет экономно расходовать электроэнергию и, кроме того, имеет минимальное количество трущихся контактов, требующих защиту от абразивного действия лунной пыли.
Источником электроэнергии для модуля могут, является аккумуляторная батарея или водородно-кислородный турбогенератор.
6.5. Манипуляторы конструируются с учетом выполнения сбора и доставки образцов, а также в оказании помощи (как аутригер) колесному движителю при необходимости преодолевать препятствия.
6.6. РММ оборудуется 4-я неподвижными видеокамерами с полным круговым обзором, системой позиционирования и связи.
6.7. Для проведения эвакуации вышедшего из строя модуля или при прохождении сложного участка дороги предусмотреть возможность выполнения сцепки модулей друг с другом (цугом). При необходимости движение вести под единым управлением.
6.8. Для перевозки членов экипажа в пассажирском ровере применяется герметичная кабина-капсула с противорадиационной защитой и запасом расходных компонентов топлива, воздуха, воды.
Вход в капсулу выполнен по схеме скафандр-шлюз.
Пилот, находясь в кабине-капсуле, имеет возможность в ручном режиме управлять манипуляторами.
6.9. Дополнительным оборудованием для грузовой модификации является наличие самосвального кузова с возможностью боковой выгрузки. Основное назначение выполнение работ по перевозки грунта при обваловки сооружений и транспортировка грузов.
6.10. Дополнительным оборудованием для специальных строительных модификации бульдозер-погрузчик являются отвал бульдозера, ковш погрузчика, стрела-захват крана.
7. Пилотируемая околоземная монтажная космическая станция (ПОМКС).
7.1. Орбитальная космическая станция предназначена для подготовительного монтажа, обслуживания секций и лунных модулей. На станции могут выполняться работы по ремонту, обслуживанию и запуску на свои орбиты спутников и космических аппаратов, использование которых не связано целями и задачами лунной программы.
7.2. ПОМКС создается на базе принципиальных технических решениях, примененных на МКС. Объемно-компоновочное решение монтажной станции включает следующее:
— организация неменее 4-х монтажных рабочих зон, каждая из которых оборудована манипуляторами-захватами,
— места для причаливания земных пилотируемых кораблей типа «Союз» и «Ангара»,
— места для причаливания с оборудованием перекачки и заправки топливом и другими расходными компонентами (вода, воздух) лунных модулей,
— места для временного хранения разгонных блоков, транспортных лунных модулей,
— бытовой отсек на 12 членов экипажа (с учетом лунных экипажей),
— монтажно-инструментальный отсек.
7.3. На ПОМКС для повышения безопасности при проведении работ в открытом космосе и предотвращении случайных потерь (оборудование, инструмент и пр.) предлагается окружить пленочной пневматической конструкцией пространство монтажных рабочих зон. Такую объемную конструкцию можно назвать орбитальным ангаром, на внутренней поверхности стен которого закреплена такелажно-фаловая система для фиксации и удержания предметов.
