3
января 2019 года на обратную сторону Луны совершил успешную посадку китайский
лунный модуль "Чанъэ-4" с луноходом "Юту-2". Прогрессивная
общественность, конечно, аплодировала, но аплодисменты были довольно
сдержанные.
Бурить Луну!
Главная миссия китайского лунохода состоит в том,
чтобы пролить свет на геологическое происхождение и историю Луны. Для посадки был выбран крупнейший известный
импактный кратер (Бассейн Южный Полюс - Эйткен, размером 2400 на 2050 км, а в
нем кратер Теодора фон Кармана - место посадки аппарата), в котором китайские
исследователи надеются найти и исследовать обломки породы, выброшенные
грандиозным ударом из верхних слоев мантии Луны.
Посмотрим,
насколько его трехмесячная миссия (правда, космические аппараты часто работают
дольше запланированного срока) будет успешной. Но все же, китайский луноход для
своей миссии оснащен весьма слабо: геологический радар, способный изучить слой
породы на глубину около 30 метров с разрешением в 30 см, и на глубину около 100
метров с разрешением 10 метров, а также спектрометр для анализа поверхностных
материалов и следов газов вблизи поверхности Луны. Если китайским
исследователям повезет, то они могут добыть новые сведения о геологическом
строении Луны. Впрочем, ожидать большего от лунохода весом всего в 140 кг не
приходится.
Этот
аппарат по своему оснащению находится примерно на уровне советских луноходов.
Он может найти крупные камни и даже выходы скальных пород, выступающих из
реголита, но может на них только посмотреть и не более. Для китайской
космонавтики посадка лунохода - большое достижение, но оно мало что дает.
На
мой взгляд, чтобы получить поистине революционные данные о строении пород Луны,
надо отправлять аппарат другого типа - оснащенный буровой установкой. Вот если
бы такая самоходная буровая установка смогла бы подобраться к выходу скальных
пород, смогла бы их пробурить на глубину 20-30 метров, а лучше метров 50,
получить керн и доставить его на Землю - вот это было бы эпохальное достижение.
Разумеется,
разработка такого бурового аппарата есть задача нетривиальная. Это должна быть
буровая машина полностью автоматическая, способная отработать в условиях
глубокого вакуума и резкого перепада температур. Сама по себе задача сборки
буровой колонны, опускания ее в скважину, подъема, выемки керна - это очень
головоломная задача. Буровая установка должна быть оснащена более мощной
энергетической установкой, чем обычно устанавливаемые на луноходы
радиоизотопные термоэлектрогенераторы. Ну и сам аппарат будет значительно более
тяжелым. В общем, потребуется выйти на новый уровень в конструировании
автоматических космических аппаратов, чтобы с этой задачей справиться.
Я
еще добавлю, что создание лунной буровой установки также является работой на
перспективу инженерного освоения Луны. На мой взгляд, без бурения создание на
Луне каких-либо искусственных объектов, не говоря уже о лунных базах, будет
либо очень трудным, либо даже невозможным.
Лунный
грунт все же довольно прочный. При маневрах советских луноходов выяснилось, что
под слоем рыхлого реголита толщиной 8-10 см залегает грунт с несущей
способностью 100 кПа. Это немало и соответствует нормальному атмосферному
давлению. Один квадратный метр такого грунта может выдержать вес до 10 тонн. По
несущей способности подповерхностный реголит соответствует земным влажной глине
или влажному суглинку. Лунный грунт - вовсе не рыхлая пыль. Надо полагать, что
еще ниже лунный грунт еще более плотный с еще большей несущей способностью.
Обычно
разработчики предлагают нечто вроде лунобульдозера. Но при том, что лунное
тяготение составляет 17% от земного, а сам лунобульдозер будет сравнительно мал
по весу, возникает сомнение, что его тягового усилия будет достаточно, чтобы
сдвинуть такой весьма плотный грунт. Думаю, что если провести более детальные
расчеты, то окажется, что потребуется лунобульдозер столь большой массы, что
его нельзя будет снабдить достаточно мощным двигателем и отправить на Луну.
На
мой взгляд, для луноройных работ лучше всего подойдет экскаватор (одноковшовый,
многоковшовый или роторный). Но ему нужна жесткая точка опоры. Вот ее как раз
можно сделать при помощи бурового аппарата. Сначала забуривается скважина
достаточной глубины. В нее опускается стальная колонна, фиксируемая в ней
внутри раздвижными упорами. Экскаватор жестко соединяется с этой опорной колонной.
В таких условиях мощность двигателя, приводящего в движение ковши, реализуется
полностью, вне зависимости от веса аппарата, сцепления с грунтом и гравитацией.
С
плотным, спрессованным реголитом, а также со скальным грунтом можно справиться
с помощью буровзрывного метода. Буровой автомат бурит сеть скважин, в них
закладываются заряды (тротил, гексоген или пластит, то есть смесь гексогена с
пластификатором - они прекрасно сработают в условиях лунного вакуума, поскольку
топливо и кислород для реакции содержатся внутри взрывчатого вещества, а в
вакууме энергия взрыва передается кинетической энергией продуктов взрыва, то
есть газов) и подрываются электрозапалом. В результате будет впечатляющий
выброс обломков и пыли. После взрыва разрыхленный слой грунта и обломков можно
будет убрать луноройными машинами.
Вообще,
при горновзрывных работах на Луне могут быть довольно интересные эффекты,
которые трудно изучить в земных условиях.
На горные породы на Луне не воздействует атмосферное давление (которое
достигает весьма значительных величин), а горное давление при низкой лунной
гравитации также должно быть существенно меньшим, чем на Земле.
Что
будет, если подорвать лунную породу толовой шашкой - это страшно интересно.
Можно даже запланировать миссию с запуском бурового автомата, который пробурит
скважину, заложит в нее шашку и произведет пробный подрыв.
Такой
подход разрешает одну из основных проблем инженерного освоения Луны - проблему
производства луноройных работ в больших масштабах, потребных как для переработки
реголита с извлечением из него полезных элементов, так и для строительства
разных сооружений, как в поверхностном слое, так и в прочных горных породах. Но
для этого нужна буровая установка: относительно простая, надежная и пригодная
для широкого употребления.
Потому,
давайте уже заканчивать с запуском разного рода автомобильчиков с камерами. В
следующий раз нужно бурить Луну!
