Курсовая работа: Программы освоения Луны

В середине ноября 2009 года NASA сообщило, что присутствие водяного льда в кратерах у южного полюса доказано. Именно наличие воды считается важнейшей предпосылкой быстрого освоения Луны. Кроме того, вода ещё и дешёвое сырьё для производства ракетного топлива. Не исключено, что вместе с развитием новых ракетных технологий можно ожидать нового витка развития человечества. [7]

Неизбежно коренное техническое перевооружение космической отрасли. Космонавтика изменится так же, как изменилась авиация с приходом реактивных моторов. А они уже на подходе: в сентябре 2009 года американская компания Ad Astra Rockets успешно испытала самую крупную модификацию своего магнитоплазменного двигателя с переменным удельным импульсом (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket — VASIMR) VX-200. Так, электрические ракетные двигатели — плазменные и ионные — дают ничтожную тягу, измеряемую в граммах и долях грамма, а их удельная мощность смехотворна. Однако при этом электрические двигатели примерно в 10 раз экономичнее химических. Компании Ad Astra Rockets удалось создать электроракетный двигатель с приемлемой мощностью (500 г) и перспективой её дальнейшего наращивания. При этом плазма ни в одной точке не соприкасается с деталями аппарата, удерживаясь электромагнитными полями, — как следствие, он сможет работать много месяцев и даже лет без деградации конструкции.

На практике это означает, например, следующее. Химический способ "подтягивания" проседающей орбиты МКС предполагает расход 7,5 тонн горючего в год. Но на 2013 год NASA планирует переложить эту работу на новую плазму, съедающую всего около 300 кг рабочего вещества (аргона) ежегодно. При этом энергию для работы двигателя станция получит от солнечных батарей. Экономия — двадцатикратная. [8]

3.1 Поиск воды на луне этап первый

Космический телескоп Hubble сделал серию фотографий Луны в ультрафиолетовых лучах, чтобы найти подходящее место для высадки будущих экипажей, как сообщается на сайте NASA. Поскольку на Луне нет даже следов атмосферы, для длительного пребывания там астронавтов нужны кислородсодержащие минералы, которые теперь пытаются обнаружить на снимках.

Астрономы отмечают, что эту задачу нельзя назвать обычной для Hubble, поскольку телескоп изначально предназначался для наблюдений за более удаленными и менее яркими объектами. Однако новые снимки получились самыми детализованными из всех, которые когда-либо были сделаны земными или околоземными приборами.

После того, как в 60-х годах прошлого века на землю были доставлены первые образцы лунного грунта, там был найден ильменит - смешанный оксид титана и железа, откуда в принципе можно извлечь кислород. Поскольку ильменит присутствовал в районе приземления американского корабля Apollo 17, фотографии этого участка приняли за эталон, с которым следует сверять остальные.

Астрономы считают, что залежи минерала находятся также внутри 40-километрового кратера Аристарх, на необычный вид которого в ультрафиолетовых лучах впервые обратили внимание еще в 1911 году. Впрочем, из-за высокой радиоактивности этого участка, которую связывают с распадом радона, высадка там едва ли возможна. [11]

Известно, что NASA собирается до 2018 года снова отправить людей на Луну. Что касается извлечения кислорода, то этот процесс собираются сначала в деталях отработать на Земле, причем аэрокосмическое агентство объявило уже два конкурса на лучшую технологию. [2,3]

3.2 Поиск воды на луне этап второй

17 июня к Луне отправятся два спутника НАСА: LRO (орбитальный зонд) с российским нейтронным детектором ЛЕНД (LEND, Lunar Exploration Neutron Detector) на борту и LCROSS (аппарат для исследования лунных кратеров).

Миссия главным образом направлена на получение более подробной информации о лунной поверхности. Спутники будут делать снимки высокого разрешения, которые впоследствии станут изучаться учеными (рис.2)

После перелета разведчик LRO выйдет на рабочую окололунную орбиту высотой 50 км, с которой будет вести с помощью ЛЕНДа поиск водяного льда на Луне.

В целом миссия LRO призвана обеспечить решение трех практических задач освоения Луны. Во-первых, исследовать оптимальные районы посадок на нее перспективных автоматических и пилотируемых аппаратов. Во-вторых, провести разведку водных ресурсов и потенциально полезных ископаемых в лунных недрах. В-третьих, изучить радиационную обстановку на Луне с точки зрения воздействия на человеческий организм. [9]

Рис.2 Поверхность Луны с высоты 110 км

3.2.1 О приборе LEND

Прибор ЛЕНД был предложен группой российский и американских ученых и победил на конкурсном отборе НАСА для включения в состав научно-измерительного комплекса космического аппарата LRO. Американские специалисты примут участие в обработке и анализа данных измерений. Примечательная особенность проекта в том, что он находится не в ведении управления НАСА, отвечающего за космическую науку, а относится к управлению, курирующему работы по освоению космоса. [12]

В основе работы ЛЕНДа лежит принцип регистрации вторичных нейтронов, которые рождаются под воздействием космических лучей в приповерхностном слое грунта толщиной 1-2 м. При этом нейтроны частично поглощаются и замедляются ядрами основных породообразующих элементов. Выходящий из грунта поток нейтронов зависит от состава слагающих его веществ и в первую очередь – от присутствия в нем водорода и водородосодержащих соединений. Отслеживая изменения в поглощении, детекторы нейтронов могут с орбиты определять изменения содержания водорода в поверхностном слое. Поскольку водород - один из двух основных компонентов воды, то тем самым можно оценить ее количество в грунте. [9]

3.2.2 Голубой лед

Дополнительную информацию о воде на Луне может дать "бомбардировка" ее поверхности, предложенная специалистами Исследовательского центра им. Эймса (Калифорния). Суть проекта, получившего обозначений "Голубой лед" (Blue Ice), в том, чтобы использовать резервные мощности РН "Атлас-5" для выведения в космос одновременно с основным космическим аппаратом LRO еще одного небольшого исследовательского зонда, нашпигованного оптической, спектральной и другой аппаратурой. Ему дали наименование LCROSS, т.е. Lunar Crater Observation and Sensing Satellite ("Спутник для наблюдений и замеров в лунном кратере").

Разгонный блок "Атласа-5" - его последняя ступень - "Центавр" массой свыше двух тонн врежется в лунную поверхность. При этом облако обломков лунных пород и пыли должно подняться на высоту свыше 9 км. Спустя примерно 10 мин. через это облако пролетит зонд LCROSS и выполнит его анализ.

Как несложно догадаться, данный полет зондов является первым шагом на пути освоения поверхности Луны для дальнейшей возможной ее колонизации. Этот естественный спутник Земли – ближайший плацдарм человеческой экспансии, где очевидно, будут созданы первые внеземные базы. Их обитателям понадобится как вода, так и ее компоненты – кислород и водород. Первый для дыхания, второй – как топливо для ракет, опять же в сочетании с кислородом. Если вода на Луне будет найдена, то ее не придется доставлять с Земли, что значительно облегчит лунную колонизацию. Кроме того, спутники нацелены на поиски источников ресурсов и на ряд других задач, связанных с испытанием новейших технологий.

На протяжении четырех месяцев космические аппараты будут изучать лунную поверхность, а затем отправятся исследовать "темную сторону" спутника Земли. [8,9]

Поиск завершен.Этап последний

В Вашингтон 13 ноября Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (НАСА) сообщило в пятницу об обнаружении воды на Луне.

9 октября НАСА запустило космический аппарат "ЛКРОСС" и ракету "Центавр" к кратеру Кабеус, находящемуся примерно в 100 км от южного полюса Луны. Зонд должен был выявить наличие воды на Луне.

Как заявили представители НАСА, первоначальные данные, полученные в результате исследования, свидетельствуют о том, что "в ходе миссии, к счастью, удалось обнаружить воду". [10]

4. Некоторые алгоритмы обработки данных