Маркшейдерское обеспечение лунной базы

Маркшейдерское обеспечение лунной базы Маркшейдерское обеспечение лунной базы

Автор:Н.Е. Федотов, (доцент кафедры МДГ, кандидат технических наук, МГГУ)

Обзор открытых отечественных и зарубежных источников, посвященных вопросу создания лунных баз, показывает, что конкретного технически проработанного проекта пока не существует [2]. Рассматриваемые варианты ее инфраструктуры носят концептуальный характер без привязки к конкретному месту и соответствия определенным технико-экономическим показателям. Однако они могут служить основанием для определения содержания будущих задач маркшейдерского обеспечения строительства и эксплуатации лунной базы.

Одним из последних вариантов является проект, изложенный M. Калашниковым и Ю. Крупновым [2]. Этот проект принят нами базовым для определения состава и вида основных маркшейдерских работ. В нем рассматривается два варианта размещения лунной базы - в кратере и в лавовой трубке, которые, по мнению авторов, будут в некоторой степени снижать вредное влияние солнечного ветра, космических лучей и радиации.

Основными типами лунного рельефа являются материки и лунные моря. Лунные материки занимают 85% поверхности спутника и являются более старыми, чем моря [3]. Поверхность материков имеет более светлую окраску за счет покрывающего его мелкозернистого грунта (реголита), образовавшегося из материнской породы под воздействием солнечного ветра и метеоритной бомбардировки. Материки имеют ярко выраженный горный рельеф. Максимальная отметка лунной поверхности, составляющая около 8 км, зафиксирована у горы Королева-Беккена, находящейся на невидимой стороне Луны. Остальную часть поверхности Луны занимают моря, образованные потоками лавы, которые заполняли впадины на поверхности материков. Поэтому поверхность морей, сложенных более молодыми породами, имеет сравнительно ровный характер и окрашены они в более темные тона.

В 1985 году возле кратера Прокл было зарегистрировано выделение газа из недр Луны и электрические разряды. Это подтверждает мнение о том, что Луна является сейсмически активной. По данным сейсмических наблюдений на Луне установлено, что за год там происходит от 600 до 3000 сейсмических событий, различных по происхождению, мощности и продолжительности. Лунотрясения из-за отсутствия воды продолжаются более длительное время чем на Земле, но при этом имеют более слабый характер. Но возникающие после них вторичные лунотрясения могут представлять уже серьезную опасность для людей и сооружений базы. Поскольку часть объектов базы по одному из вариантов будет находиться на поверхности откоса кратера, а по второму - в подлунной полости, то последствия этих лунотрясений могут представлять для них реальную угрозу.

Поверхность материков и лунных морей покрыта кратерами - следами падения метеоритов различной величины. Диаметр отдельных кратеров достигает 200 км, а глубина доходит до 6 км. 95% всех кратеров имеют чашеобразную форму, которая наиболее удобна для размещения лунной базы (рис.1).

Рис.1. Схема размещения объектов

жилого комплекса в кратере

а) – в плане, б) – в разрезе;

Рис.2. Схема размещения лунной базы

в лавовой трубке

а) – в плане, б) – в разрезе

Другим возможным местом сооружения базы является лавовая трубка (рис.2), которая представляет собой полость, образовавшуюся в массиве горных пород после истощения и усыхания потока лавы при образовании лунных морей. Эти полости могут иметь размеры по простиранию от десятков до сотен метров, а глубина залегания изменяться от 10 до сотен метров. Для сооружения базы подойдет только трубка, которая имеет выход в кратер [2].

Инфраструктура базы должна включать в себя следующие объекты:

1. Жилой комплекс (ЖК), рассчитанный на 200 человек, располагается в кратере диаметром около 400 м и глубиной до 40 м. Комплекс имеет несколько ярусов по высоте. На каждом ярусе размещаются различные по размерам и назначению секции, которые включают в себя жилые, спортивные и развлекательные модули 9x9 м, лаборатории, столовую, теплицы и оранжерею, птице - звероферму, транспортные станции.

2. Стартово-посадочный комплекс (СПК) состоит из стартово-посадочной площадки, командно-диспетчерского пункта, ангаров для космических кораблей и техники обслуживания, спортивно-медицинского и пищевого модулей и др.

3. Центр управления полетами (ЦУП) включает в себя станции слежения за параметрами орбит космических кораблей и поддержания связи, модули энерго- и жизнеобеспечения.

4. Промышленный комплекс (ПК) состоит из цехов по изготовлению металлоконструкций, ремонту и сборке модулей и агрегатов космических кораблей, получению чистых металлов и веществ, а также объектов обеспечения производства и жизнедеятельности.

5. Энергетический комплекс (ЭК) объединяет солнечные батареи на лунной поверхности и орбитальных системах, преобразователи и накопители энергии, ЛЭП и средства ее распределения.

6. Металлургическо-химический комплекс (МХК) составляет совокупность заводов по выплавке металлов и изготовлении металлопроката, получению строительных материалов и конструкций, выделению кислорода, водорода, метана, гелия и других газов, получению воды и других растворов.

7. Горно-добывающий комплекс (ГДК) включает карьер (рудник) по добыче полезных ископаемых, ангары для ремонта техники, горно-обогатительные модули, склады готовой продукции и отвалы пустой породы.

8. Транспортный комплекс (ТК) состоит из подвесных канатных дорог, монорельсовых линий и тоннелей.

9. Склады.

Все перечисленные комплексы по условиям безопасности размещаются в кратерах на расстоянии 3-5 км друг от друга (рис.3).

Рис.3. Схема размещения лунной базы в кратерах
Освоение Луны будет осуществляться в несколько этапов. Рассмотренная инфраструктура базы соответствует ее содержанию на заключительном этапе строительства. Анализ состава и назначения большинства комплексов, за исключением СПК и ЦУП, показывает, что структура базы соответствует инфраструктуре земного градообразующего горно-металлургического (химического) комбината. Таким образом, сооружение лунной базы потребует такого же комплекса определенных видов маркшейдерских работ, как при добыче полезных ископаемых и строительстве подповерностных сооружений.

В основе проекта лунной базы лежит принцип, что потребности во всех материалах будут максимально удовлетворяться за счет лунных ресурсов, т.е. за счет переработки твердых полезных ископаемых. Создание лунной биосферы также будет осуществляться на основе кислорода и водорода, полученных из горных пород. Таким образом, еще на самой первой стадии освоения Луны потребуются горно-добычные работы и производство сырья и материалов для ее жизнеобеспечения. Отсюда вытекает задача маркшейдерского обеспечения работ по разведке, уточнению проекта и строительству запланированных комплексов, а также контроль за соблюдением их геометрических параметров. Таким образом, в состав лунной экспедиции по строительству лунной базы обязательно должен входить горный инженер-маркшейдер, оснащенный необходимыми приборами и инструментами.

Отличительной особенностью объектов лунной базы от земных является то, что они будут полностью или частично герметичными. К первой группе относятся объекты ЖК, ЦУП. Ко второй группе часть объектов ПК, СПК, ЭК, МТХК, ГК и ТМ. В герметичных секциях человек будет находиться в обычной лунной или какой-то специальной одежде. На лунной поверхности и части сооружений базы он может находиться только в скафандре, защищающем от смертоносного влияния космических лучей, солнечного ветра и радиации.

В настоящее время известны два типа лунных скафандров: американский скафандр A7-L, который прошел успешные испытания во время лунных экспедиций в 1969-1974 годах, и отечественный скафандр «Кречет», подготовленный к высадке космонавтов на Луну. Конструкции скафандров обеспечивают пешее и механизированное (на луноходе) перемещение по поверхности, наклоны корпуса космонавта для сбора проб лунного грунта, производства бурения ручным буром, подрыв ВВ, установку и снятие приборов.

Решение указанных выше задач маркшейдерского обеспечения лунной базы может быть выполнено, как и на Земле, только с помощью инструментальных измерений. Как указывалось выше, маркшейдер при производстве полевых работ будет находиться в скафандре, что коренным образом меняет привычную схему наблюдений и производства работ. Если на Земле контакт наблюдателя с прибором или инструментом происходит по схемам: глаз - окуляр, визирный прицел - визирная марка, вешка или отражатель и кисть руки - стопорный или наводящий винт, ручка или кнопки клавиатуры прибора, то на Луне эти схемы усложняются. Между глазом наблюдателя и всеми другими предметами будет находиться стекло гермошлема, защищенное специальным светофильтром, предохраняющим от воздействия солнечных света и ветра, космических лучей, что также вносит определенные трудности. А между окружающей действительностью и кистью руки - перчатка скафандра, предназначенная пока только для простейших движений. Кроме этого применяемые в практике маркшейдерских работ приборы рассчитаны на земной температурный диапазон от -400С до +600С, тогда как температура лунной поверхности в освещенной части Луны составляет плюс 1300 С, а в неосвещенной части – минус 1600 С. Кроме того, сила притяжения на Луне в 6 раз меньше, чем на Земле. Поверхностный слой Луны слагает реголит – слой пыли толщиной до 15 метров. Вся поверхность Луны радиоактивна.

Указанные выше особенности производства маркшейдерских полевых работ и несоответствие технических характеристик земных приборов лунному климату определяют необходимость создания новых конструкций приборов и инструментов, соответствующих лунным условиям.

Таким образом, можно выделить следующие ближайшие задачи маркшейдерского обеспечения работ на Луне:

быстрое, точное и полное получение информации о положении и состоянии разведочных и горных выработок, подлунных объектов и транспортных магистралей, выполненных объемах горных работ, о горно-селенологических особенностях разрабатываемого полезного ископаемого и вмещающих пород, о процессах, возникающих в массиве горных пород и лунной поверхности при проведении горно-добычных и горно-строительных работ;

проведение инструментальных наблюдений за процессами сдвижения горных пород, проявлениями горного давления, деформациями горного массива и лунной поверхности, сооружений и транспортных коммуникаций, за устойчивостью уступов, бортов карьеров и отвалов; предрасчет сдвижений и деформаций горных пород и лунной поверхности при открытой и подлунной разработке с целью охраны сооружений и транспортных коммуникаций, установление границ безопасного ведения горных работ и предохранительных целиков.

сбор и обработка поступающей информации об условиях космического пространства и технологиях его освоения, влияющих на конструктивные особенности и технические характеристики приборов и методику маркшейдерских работ;

разработка теории и основанных на ней методов получения объективной информации о пространственно-временном положении элементов недропользования космических тел, а также о строительстве и эксплуатации не связанных с добычей полезных ископаемых подповерхностных сооружений и ее отражения в маркшейдерской документации.

Подводя итоги можно констатировать, что появились объективные причины развития маркшейдерии путем образования новой ее области - космической маркшейдерии.
ЛИТЕРАТУРА

1. Перспективы 2050 года, или в преддверии марсианских поселений. http://crydee.sai.msu.ru/Univese and us/3 num/V3 pap 13.htm

2. Калашников M., Крупнов Ю. Гнев Орка.- М.: ООО Издательство ACT: ООО Издательство Астрель, 2003.- 598

3. Черкасов И.И., Шварев В.В. Грунтоведение Луны. М.: Наука, 1979. - 232 с.