Инфраструктура для выживания в лунном городе Илона Маска

Рис. 1. Тороидальная центрифуга с движущимися жилыми модулями: три модуля на первом этапе, около 90 модулей – на финальном этапе развертывания. Иллюстрация создана с помощью нейросетей

Тема Луны стала часто появляться в публичных заявлениях Илона Маска. В феврале 2026 года он заявил, что SpaceX «переключила внимание» на создание саморазвивающегося города на Луне, мотивируя это тем, что создание марсианской колонии потребует более 20 лет, тогда как лунный проект можно реализовать за 10 лет. Сообщение Маска категорично: прежде чем человечество станет многопланетной цивилизацией, оно должно сначала научиться жить за пределами Земли, и Луна – это то место, где начинается этот урок. Предприниматель подчеркнул, что Луна служит практической отправной точкой для будущих миссий на Марс.

Чего хочет Маск

Глава SpaceX Илон Маск заявил, что нужен лунный производственный комплекс – завод, который будет строить спутники с ИИ и запускать их в космос с помощью гигантской катапульты. Он объяснил, что такой проект позволит получить вычислительные ресурсы, недоступные конкурентам. «Вам нужно отправиться на Луну», – заявил он сотрудникам SpaceX, добавив, что интеллект такого масштаба будет трудно предсказать, но «невероятно интересно наблюдать».

Лунный проект для Маска не побочная идея, а часть стратегии компании xAI. Она заключается в создании самой мощной «модели мира» – искусственного интеллекта, обученного не на текстах из интернета, а на уникальных физических данных. Каждая его компания вносит свой вклад: Tesla поставляет данные о дорогах и энергии, Neuralink – о работе мозга, а SpaceX – о законах физики и об орбитальной механике.

Таким образом, компания SpaceX в лице руководителя Илона Маска заявила о резком смещении приоритетов: в нынешнем десятилетии основные усилия будут направлены на создание постоянного и растущего поселения на Луне. Основные направления деятельности поселения: использование лунных ресурсов для производства кислорода, воды и продовольствия, строительных материалов и металлов, фотоэлектрических преобразователей, компонентов вычислительной техники и средств связи для искусственных спутников Земли (ИСЗ) и другого оборудования для развертывания спутниковой сети носителей искусственного интеллекта (ИИ). Для вывода носителей ИИ – космических аппаратов, изготовленных на Луне, будет использоваться «масс драйвер» – электромагнитный ускоритель.

Уже сейчас можно сформулировать круг основных приоритетов, которые предстоит реализовать в первую очередь. Выживут ли колонисты без искусственной гравитации? Можно ли прилунить корабль без затрат топлива? Как повысить эффективность геолунного транспорта?

Маск объявил о долгосрочном плане, согласно которому SpaceX поддержит разработку самообеспечиваемого лунного поселения, потенциально способного разместить тысячи жителей. Концепция лунного города основана на постепенном расширении: первоначальные обиталища, за которыми следуют промышленные модули, энергетические системы – и в итоге гражданская инфраструктура. Тем не менее конкретные планы лунного поселения и его инфраструктуры не представлены и с высокой степенью вероятности отсутствуют по причине длительного игнорирования Илоном Маском задачи освоения Луны. Поэтому в ближайшем будущем открывается этап НИОКР.

Следует ожидать появления конкурирующих проектов. Основная часть проектов лунного города будет подготовлена штатными специалистами компании SpaceX. Вместе с тем Маск всегда открыт для лучших решений со стороны. В этих условиях многие разработки, подготовленные сторонниками полета «на Марс через Луну», могут быть заявлены в качестве конкурентоспособных решений. Кстати, требуемый пакет решений по постоянной инфраструктуре большой лунной колонии был разработан в Московском космическом клубе (МКК) задолго до смены приоритетов у Илона Маска.

В докладах МКК показано, что реализация планов создания постоянного и растущего поселения на Луне потребует использования серии инноваций: база с искусственной гравитацией; космодром для посадки ракет без расхода топлива; применение пенетраторов для доставки сырья без затрат топлива на посадку; катапульта для запуска ракет и полезных нагрузок (ПН); применение ракет с ЯРД для вывода ПН с Луны с изоляцией выхлопа в пусковой трубе и многократным использованием ядерного топлива; использование импульсной ядерной энергии для извлечения кислорода посредством термолиза базальта; использование кинетической энергии лунных грузов для вывода ПН с Земли. Рассмотрим некоторые из них.

Рис. 2. Слева – схема торможения ракеты с платформой, оснащенной источниками магнитного поля, которые создают тормозную силу при взаимодействии с металлическим полотном посадочной трассы. Справа – схема торможения ракеты с вмонтированными в корпус источниками магнитного поля. Иллюстрация создана с помощью нейросетей

«Вероятнее всего, люди, которые проведут на Луне несколько лет, смогут адаптироваться, но на Землю они никогда не вернутся: их кости станут слишком слабы. Это билет в один конец», – отмечал в одном из своих интервью академик РАН Лев Зеленый. Мнение медиков: слабая гравитация Луны так же вредна для здоровья, как и полная невесомость. На Луне космонавтов ждут такие же проблемы, как и на Международной космической станции (МКС). У астронавтов после возвращения с МКС отмечается повышение внутричерепного давления, нарушенное кровообращение и тромбоз внутренней яремной вены. А также смещение мозга вверх и такие структурные изменения, как уменьшение объема серого вещества и увеличение объема спинномозговой жидкости. Требуемая реабилитация может длиться до двух лет. При этом ущерб здоровью невозможно полностью устранить.

Все предложенные ранее модели лунных баз, включая советскую базу «Звезда» разработки академика Владимира Бармина, не предполагали таких негативных последствий от лунной гипогравитации. Человек сможет находиться на Луне до шести месяцев, так же как и на МКС. Больше организм может и не выдержать.

Если от солнечного и галактического излучения его могут там спасти постройки из пятиметрового слоя лунного грунта-реголита, то длительное время без земного притяжения может обернуться серьезными проблемами. То есть человеку придется периодически возвращаться на Землю. Это очень дорого.

Сколько будет стоить полет на Луну и обратно? Ротация космонавтов на Лунной базе примерно в 30–50 раз дороже стоимости ротации экипажа на МКС. Да, возможно SpaceX снизит стоимость доставки пилотируемых кораблей на низкую околоземную орбиту до 200 долл/кг массы корабля, но полеты на Луну и обратно составят 6000–10 000 долл/кг. И это не масса космонавта, а транспортной капсулы плюс затраты на стоимость систем жизнеобеспечения и доставку кислорода, воды и продуктов питания.

Планируемое Илоном Маском поселение – это колония с постоянно проживающим населением. Но как это возможно, если ущерб от лунной гипогравитации делает невозможным постоянное пребывание на Луне? Потребуется ротация персонала поселения каждые три-шесть месяцев, но даже при использовании многоразовых ракет Starship это влечет рост затрат и отвлечение финансовых ресурсов от развития колонии.

Таким образом, типовые лунные колонии будут поселениями без постоянного населения, основанные на ротации персонала. Каждые 3–6 месяцев, максимум 9–12, должна происходить пресменка. Исключаются периоды жизни в лунном городе длительностью 3 - 5 лет и больше.

Рис. 3. Система RetroSat. Устройство и способ работы КПРД, использующего кинетическую энергию лунного вещества для старта с Земли или с околоземной орбиты.  Иллюстрация создана с помощью нейросетей

Вместе с тем имеются проекты создания лунных баз с искусственной гравитацией, дополняющей слабую лунную гравитацию до земного уровня. Один из таких проектов с приоритетом от 2013 года разработан под эгидой МКК и рассчитан на минимальные затраты для реализации. Это проект «ГравиCити» (GraviCity). База с искусственной гравитацией увеличит время лунной вахты до нескольких лет, что даст значительный экономический эффект и исключит ущерб здоровью колонистов.

При пятилетнем сроке жизни на Луне затраты на ротацию персонала сокращаются в 10 раз. При постоянной работе на Луне, вплоть до выхода на пенсию, затраты на транспортную составляющую ротации сокращаются почти в 100 раз.

«ГравиCити» представляет собой легкую конструкцию. Это тороидальная центрифуга (рис. 1). Основные части «ГравиCити» – жилые модули массой 4 т каждый, диаметром 3,2 м и тор в виде кольцевой трубы диаметром 4,5 м и радиусом 224 м. Жилые модули оснащены колесным шасси с электроприводом. В рабочем состоянии модули движутся внутри тороидальной трубы со скоростью 167,6 км/ч (45,56 м/с), что в сочетании с лунным ускорением тяготения создает в модуле результирующее ускорение в 1 g. То есть земное тяготение.

Внутри тороидальной трубы находится разряженный газ и поддерживается давление около 0,1 атмосферы. Это создает растягивающее усилие на трубу, что уменьшает ее массу на несколько порядков. Внутри модулей поддерживается нормальное атмосферное давление. Избыточное давление в модуле препятствует попаданию в него газов из трубы. Труба засыпана реголитом для защиты от радиации и метеоритов.

Анализ конструкционных материалов показал, что лучшие материалы для кольцевой трубы – Spectra и Vectran. Они дают погонную массу в 0,52 кг/м при пятикратном запасе прочности. Другой перспективный материал, который можно производить на Луне из базальта и даже из реголита, – Basalt fiber, который дает 1,4 кг/м. Масса тороидальной трубы длиной 1407 м из Spectra и Vectran составит менее 1 т (732 кг), из базальтового волокна – около 2 т (1970 кг).

При доставке на Луну кольцевая труба «ГравиСити» может быть надута и развернута непосредственно перед посадкой, желательно на заранее расчищенное кольцевое ложе или траншею. После ее засыпки реголитом в трубе можно будет организовать кольцевое движение жилых модулей-вагонов. Первоначально количество модулей составит три-пять вагонов. Затем, по мере развития поселения, количество может наращиваться до заполнения всей тороидальной трубы, что составляет 88 вагонов. Потребная мощность на создание искусственной гравитации: 1 модуль – мощность 11,2 кВт; поезд из трех модулей – 22,4 кВт; поезд из шести модулей – 38 кВт. Новый улучшенный вариант «ГравиСити» должен иметь более низкую мощность электропривода вагонов – 2,7 кВт на один вагон.

Колонисты могут постоянно находиться в вагонах «ГравиСити», управляя роботами-луноходами по телеметрии. Допустим также 6–8-часовой режим работы на поверхности Луны с последующим переходом в центрифугу для отдыха, принятия пищи и ночевки. Если люди смогут проводить по 16–20 часов в сутки в нормальных условиях, они смогут жить там годами и даже рожать и растить детей.

Система «ГравиСити» необходима не только для сохранения здоровья и работоспособности жителей лунного поселения, но и для лунного сельского хозяйства – выращивания растений. Относительно недавно установлено, что растения, выращенные в условиях невесомости, содержат мутировавшие агрессивные бактерии, токсины которых делают растения несъедобными. В условиях низкой лунной гипогравитации нельзя исключить образование бактерий-мутантов. Соответственно, «ГравиСити» решит проблему безопасного растениеводства на Луне. В специализированных вагонах-оранжереях с искусственным освещением будет выращиваться безопасная для людей растительная пища.

Жилые модули «ГравиСити» предлагается сдавать в аренду. Дополнительно предлагается «сдавать» в лизинг персонал, постоянно проживающий в «ГравиСити», как операторов роверов и передвижных манипуляторов.

Рис. 4. Вариант космического корабля с дискретной подачей рабочего тела. Схема из статьи Майборода А.О. «Высокоскоростные аппараты планетарной защиты» // Воздушно-космическая сфера. 2018. № 3. С. 18–27.  Иллюстрация автора

Как это ни парадоксально, полет на Луну более энергозатратен, чем полет на Марс. Главная сложность – обеспечение мягкой посадки на поверхность космического тела без атмосферы. Для высадки на Луну с пролетной траектории необходимо погасить скорость около 2,5 км/с. Чем больше расходуется топлива, тем меньше грузов доставляет ракета, тем выше цена доставки. Заправочные корабли Starship для отправки одного корабля на Луну должны совершить 14 рейсов на орбиту.

Проблема экономии топлива решается созданием на Луне специальной взлетно-посадочной трассы. В идеале – это «масс драйвер» (линейный электродвигатель), используемый универсально не только для запуска кораблей с Луны, но и для их торможения при посадке. Однако такая система не подходит для больших космических кораблей – слишком высоки капитальные затраты и время на сооружения. «Масс драйвер» не способен запускать большие корабли в космос – он эффективен при запуске небольших порций груза большими сериями. Поэтому в простейшем и легко реализуемом случае выгодна посадочная полоса, отдельная от взлетной полосы. На рис. 2 показаны некоторые варианты таких посадочных космодромов.

Устройство посадочной полосы космодрома очень простое – эта полоса состоит из металлов, таких как алюминий и железо, которые в изобилии имеются в составе реголита. Для посадки на такую тормозную полосу космический корабль, подобно вагону «Маглев», должен быть оснащен магнитной подвеской («магнитной подушкой») на основе редкоземельных магнитов, таких как неодимовые магниты (NdFeB) или самарий-кобальтовые магниты (SmCo). Двигаясь над посадочной полосой, корабль наводит в металле вихревые токи, теряет кинетическую энергию и гасит скорость. Возможен вариант с криогенными сверхпроводящими магнитами на основе сплавов NbTi (ниобий-титан) и Nb3Sn (ниобий-олово) – космические корабли на топливе из метана и кислорода имеют необходимые параметры для использования таких супермагнитов. Магнитная подвеска, таким образом, выполняет двойную функцию – исключает механический контакт корабля и посадочной полосы и создает силу торможения для остановки корабля без затрат ракетного топлива. Масса системы магнитного подвеса может быть порядка 10% посадочной массы корабля.

Способ использования электродинамического подвеса для ускорения космических аппаратов был обоснован в работе: Кочубей Т.В., Майборода А.О. О влиянии геометрических параметров системы электродинамического подвеса на силовые его характеристики // Космонавтика и ракетостроение. 2010. № 3. С. 133–140.

Конструкции посадочных полос могут иметь много вариантов. Электродинамический подвес создает не только тормозную силу, но и отталкивающую, левитирующую. Для устранения эффекта отталкивания ракеты от полотна трассы магниты на ракете должны быть расположены симметрично по ее бокам, а вихревой ток должен наводиться в боковых алюминиевых пластинах трассы. Для устранения избыточного левитирующего эффекта при движении ракеты над металлической пластиной из алюминия вдоль трассы параллельно алюминиевым пластинам прокладываются пластины из железа, притяжение к которым компенсирует часть избыточной силы левитации.

Протяженность посадочной трассы при торможении пассажирского корабля с ускорением 3 g – около 110 км. Часть трассы можно закольцевать, что позволит уменьшить отношение силы торможения к левитирующей силе – это упростит задачу торможения. Материалоемкость трассы в отношении привозного материала незначительная – основная конструкция состоит из насыпи с блоками из спеченного реголита, которые облицованы тонкими металлическими листами. Металлы местного производства. Для небольших грузовых ракет могут использоваться трассы длиной порядка 40 км, изготовленные из металла, доставленного пенетраторами.

Энергобанк с суперпроцентами

Гравитационная система Земля–Луна – это гигантское хранилище энергии, своего рода энергетический банк. К примеру, груз выбрасывается с Луны электромагнитной катапультой со скоростью около 2,5 км/с, а в околоземном пространстве его скорость возрастает до 10,9 км/с. Кинетическая энергия груза в конце пути возрастает почти в 18 раз. Прирост энергии, по сути, даровой. Он реализуется за счет превращения потенциальной энергии лунного вещества в гравитационном поле Земли в кинетическую энергию. Первоначальный вклад энергии от электромагнитной катапульты составляет всего 5,3%, а 94,7% – это даровая энергия. Прирост на энергетический вклад – 1700%. Причем проценты со вклада выплачиваются не раз в один год, а раз каждые пять дней, составляющих среднее время перелета от Луны к Земле.

Возможно ли извлечь эту энергию лунных грузов и использовать ее для полетов на Луну? Такой способ был рассмотрен в одном из докладов МКК. На основе проекта авиаракетного конструктора И.А. Меркулова, предложившего космический прямоточный воздушно-реактивный двигатель для достижения гиперзвуковой скорости в 60 Махов, был разработан и запатентован в России (приоритет от 20.02.2009) внеатмосферный космический прямоточный реактивный двигатель (КПРД).

Проект называется RetroSat. Основание для названия – использование масс, обращающихся на общей орбите во встречном направлении. Модифицированный двигатель Меркулова не нуждается в атмосфере, что устраняет многие эксплуатационные проблемы. Вместо воздуха в двигатель подается поток вещества (лента, трос, струя) из внеземных источников, например Луны. В камере двигателя материал тормозится, испаряется и смешивается с веществом, подаваемым из бортовых запасов.

За счет потока из лунных источников относительная скорость входа потока в двигатель составляет около 11 км/с, что позволяет разгонять летательный аппарат до 22 км/с и выше, например до 50 км/с, что важно для межпланетных перелетов. Однако для полета на Луну требуются меньшие приращения скорости – около 3 км/с. Таким образом, грузопотоки с Луны на околоземные орбиты обеспечивают энергией летательные аппараты, стартующие с Земли на Луну. Устройство и принципиальная схема работы кинетического КПРД показаны на рис. 3.

Корабль с КПРД выгодно выводить на околоземную орбиту и затем запускать к Луне с использованием КПРД. Возможен прямой вертикальный запуск на Луну, но он требует высоких перегрузок, что приемлемо только при грузовых перевозках.

Летательный аппарат (ЛА) с двигателем Меркулова – это устройство с двигателем, у которого удельный импульс возрастает по мере разгона. Длительное время было неизвестно уравнение, описывающее ускорение тела с переменной массой и переменной величиной удельного импульса. Теоретики, которые исследовали аппараты с подобными двигателями, некогда выразили сомнение в возможности выведения универсальной формулы разгона, аналогичной формуле К.Э. Циолковского. Расчеты приходилось проводить итерационным методом.

Однако в этом (2026) году произошел прорыв – найдена общая формула разгона летательного аппарата как с типовым ПВРД Меркулова, так и с модифицированным – КПРД, использующим искусственные потоки вещества за пределами атмосферы. На рис. 4 изображен вариант космического корабля с КПРД с дискретной подачей рабочего тела в двигатель – отдельными порциями.

* * *

Итак, проект саморазвивающегося лунного города имеет хорошее концептуальное обоснование в виде проектов транспортно-энергетической инфраструктуры, разработанных в МКК. На первом месте по значимости стоит проект «ГравиСити», без реализации которого невозможно создание постоянного поселения людей на Луне. Рассмотренные направления инновационного развития лунной колонии в случае применения способны существенно изменить темпы и сроки сооружения базового лунного поселения и его дальнейшее постоянное расширение.