С тех пор, как мы начали посылать на Луну миссии с экипажем, люди мечтали о том дне, когда мы сможем когда-нибудь колонизировать его. Представьте себе поселение на поверхности Луны, где каждый постоянно чувствует себя на 15% тяжелее, чем здесь, на Земле. И в свободное время колонисты могут совершать всевозможные крутые исследовательские походы по поверхности на лунных роверах. Должен признать, это звучит весело!
Совсем недавно была предложена идея поиска и добычи на Луне. Отчасти это связано с возобновлением освоения космоса, а также с ростом числа частных аэрокосмических компаний и отрасли NewSpace. С графиками полетов на Луну на ближайшие годы и десятилетия, кажется логичным подумать о том, как мы могли бы организовать там горнодобывающую и другие отрасли промышленности?
Предлагаемые методы:
Было сделано несколько предложений по организации горных работ на Луне; Первоначально космическими агентствами, такими как НАСА, но в последнее время частными интересами. Многие из самых ранних предложений были сделаны в 1950-х годах в ответ на космическую гонку, в которой лунная колония была логическим результатом исследования Луны.
Например, в 1954 году Артур Кларк предложил лунную базу, где надувные модули были покрыты лунной пылью для изоляции, а связь обеспечивалась надувной радиомачтой. А в 1959 году Джон С. Ринехарт - директор Лаборатории горных исследований в Колорадской горной школе - предложил трубчатую основу, которая «всплыла бы» через поверхность.
С того времени НАСА, армия США и ВВС, а также другие космические агентства выпустили предложения по созданию лунного поселения. Во всех случаях эти планы содержали поправки на использование ресурсов, чтобы сделать базу максимально самодостаточной. Однако эти планы предшествовали программе Аполлона и были в значительной степени заброшены после ее завершения. Только в последние несколько десятилетий были вновь сделаны подробные предложения.
Например, во время администрации Буша (2001-2009) НАСА предоставило возможность создания "лунного форпоста". В соответствии с их Vision for Space Exploration (2004) план предусматривал строительство базы на Луне между 2019 и 2024 годами. Одним из ключевых аспектов этого плана было использование методов ISRU для получения кислорода из окружающего реголита.
Эти планы были отменены администрацией Обамы и заменены планом миссии на прямую Марс (известную как НАСА «Путешествие на Марс»). Тем не менее, во время семинара в 2014 году представители НАСА встретились с генетиком Гарвардского университета Джорджем Черчем, Питером Диамандисом из Фонда X Prize и другими экспертами, чтобы обсудить недорогие варианты возвращения на Луну.
Материалы семинара, которые были опубликованы в специальном выпуске Новое Пространствоопишите, как к 2022 году на Луне может быть построено поселение всего за 10 миллиардов долларов США. Согласно их документам, дешевая база станет возможной благодаря развитию бизнеса по запуску космического пространства, появлению индустрии NewSpace, 3D-печати, автономных роботов и других недавно разработанных технологий.
В декабре 2015 года в Европейском центре космических исследований и технологий состоялся международный симпозиум под названием «Луна 2020–2030 - новая эра скоординированных исследований человека и роботов». В то время новый Генеральный директор ЕКА (Ян Вурнер) выразил желание агентства создать международную лунную базу с использованием рабочих-роботов, методов 3D-печати и использования ресурсов на месте.
В 2010 году НАСА организовало Конкурс робототехнических разработок, ежегодный конкурс, основанный на стимулах, на котором студенты университетов разрабатывают и строят роботов для навигации по моделируемой марсианской среде. Одним из наиболее важных аспектов конкурса является создание роботов, которые могут полагаться на ISRU для превращения местных ресурсов в полезные материалы. Созданные приложения также могут быть полезны во время будущих лунных миссий.
У других космических агентств также есть планы относительно лунных баз в ближайшие десятилетия. Российское космическое агентство (Роскосмос) опубликовало планы по строительству лунной базы к 2020-м годам, а Китайское национальное космическое агентство (CNSA) предложило построить такую базу в аналогичные сроки благодаря успеху своей программы Chang’e.
И индустрия NewSpace также в последнее время выпускает несколько интересных предложений. В 2010 году группа предпринимателей Силиконовой долины собралась вместе для создания Moon Express, частной компании, которая планирует предлагать коммерческие услуги лунной роботизированной транспортировки и передачи данных, а также долгосрочную цель добычи Луны. В декабре 2015 года они стали первой компанией, претендующей на премию Lunar X, которая создала и протестировала роботизированную посадочную площадку - MX-1.
В 2010 году Arkyd Astronautics (переименованный в Planetary Resources в 2012 году) был запущен с целью разработки и развертывания технологий для добычи астероидов. В 2013 году Deep Space Industries была создана с той же целью. Хотя эти компании ориентированы преимущественно на астероиды, привлекательность во многом аналогична добыче на Луне, которая расширяет ресурсную базу человечества за пределами Земли.
Ресурсы:
Основываясь на изучении лунных пород, которые были возвращены миссиями Аполлона, ученые узнали, что лунная поверхность богата минералами. Их общий состав зависит от того, произошли ли породы от лунной Марии (большие темные базальтовые равнины, образовавшиеся в результате извержений Луны) или от лунного нагорья.
Камни, полученные из лунной Марии, показали большие следы металлов, с 14,9% глинозема (Al 2 O 3), 11,8% оксида кальция (известь), 14,1% оксида железа, 9,2% оксида магния (MgO), 3,9% диоксида титана (TiO 2) и 0,6% натрия оксид (Na2O). Те, что получены из лунного нагорья, похожи по составу: 24,0% оксида алюминия, 15,9% извести, 5,9% оксида железа, 7,5% оксида магния и 0,6% диоксида титана и оксида натрия.
Эти же исследования показали, что лунные породы содержат большое количество кислорода, преимущественно в форме окисленных минералов. Были проведены эксперименты, которые показали, как этот кислород может быть извлечен для обеспечения астронавтов дышащим воздухом и может быть использован для производства воды и даже ракетного топлива.
Луна также имеет концентрации редкоземельных металлов (REM), которые привлекательны по двум причинам. С одной стороны, РЗМ становятся все более важными для мировой экономики, поскольку они широко используются в электронных устройствах. С другой стороны, 90% текущих запасов РЗМ контролируются Китаем; таким образом, наличие постоянного доступа к внешнему источнику рассматривается некоторыми как вопрос национальной безопасности.
Точно так же у Луны есть значительные количества воды, содержащейся в ее лунном реголите и в постоянно затененных областях в ее северных и южных полярных областях. Эта вода была бы также ценной как источник ракетного топлива, не говоря уже о питьевой воде для астронавтов.
Кроме того, лунные камни показали, что внутренняя часть Луны может содержать значительные источники воды. А из образцов лунного грунта рассчитывается, что адсорбированная вода может существовать при следовых концентрациях от 10 до 1000 частей на миллион. Первоначально, было то, что концентрации воды в скалах Луны были результатом загрязнения.
Но с тех пор несколько миссий не только обнаружили образцы воды на поверхности Луны, но и выявили доказательства того, откуда она взялась. Первый был в Индии Чандраян-1 миссия, которая отправила ударник на лунную поверхность 18 ноября 2008 года. Во время 25-минутного спуска, исследователь Чандры для ударного зонда (CHACE) обнаружил наличие воды в разреженной атмосфере Луны.
В марте 2010 года прибор Mini-RF на борту Чандраян-1 Обнаружено более 40 постоянно затененных кратеров вблизи северного полюса Луны, которые, как предполагается, содержат до 600 миллионов метрических тонн (661,387 миллиона тонн США) водяного льда.
В ноябре 2009 года космический зонд NASA LCROSS сделал аналогичные находки в южной полярной области в качестве ударного элемента, который он отправил на поднятый на поверхность материал, который, как показывали, содержал кристаллическую воду. В 2012 году исследования, проведенные Лунным разведывательным орбитальным аппаратом (LRO), показали, что лед составляет до 22% материала на дне кратера Шеклетон (расположенного в южной полярной области).
Предполагалось, что вся эта вода доставлялась с помощью комбинации механизмов. С одной стороны, регулярная бомбардировка водоносными кометами, астероидами и метеороидами в течение геологических периодов времени могла бы привести к осаждению большей части этого. Утверждалось также, что он производится локально за счет водородных ионов солнечного ветра в сочетании с кислородсодержащими минералами.
Но, возможно, самым ценным товаром на поверхности Луны может быть гелий-3. Гелий-3 - это атом, испускаемый Солнцем в огромных количествах, и является побочным продуктом реакций синтеза, которые происходят внутри. Хотя сегодня спрос на гелий-3 невелик, физики считают, что они послужат идеальным топливом для термоядерных реакторов.
Солнечный ветер уносит гелий-3 от Солнца в космос - в конечном итоге полностью из Солнечной системы. Но частицы гелия-3 могут врезаться в объекты, которые им мешают, такие как Луна. Ученым не удалось найти никаких источников гелия-3 здесь на Земле, но, похоже, он находится на Луне в огромных количествах.
Льготы:
С коммерческой и научной точки зрения есть несколько причин, по которым добыча Луны была бы полезна для человечества. Для начала, было бы абсолютно необходимо в любых планах построить поселение на Луне, поскольку использование ресурсов на месте (ISRU) было бы гораздо более экономически эффективным, чем транспортировка материалов с Земли.
Кроме того, прогнозируется, что предлагаемые усилия по исследованию космоса в 21 веке потребуют большого количества техники. То, что добывается на Луне, будет запущено в космос за долю от стоимости того, что добывается здесь на Земле, из-за гораздо меньшей гравитации Луны и скорости побега.
Кроме того, на Луне есть много сырья, на которое человечество полагается. Как и Земля, он состоит из силикатных пород и металлов, которые различаются между геохимически различными слоями. Они состоят из богатого железом внутреннего ядра и жидкого внешнего ядра, частично расплавленного пограничного слоя и твердой мантии и коры.
Кроме того, в течение некоторого времени было признано, что лунная база - которая будет включать в себя операции с ресурсами - станет благом для миссий, расположенных дальше в Солнечной системе. Для миссий, направляющихся на Марс в ближайшие десятилетия, во внешнюю Солнечную систему или даже на Венеру и Меркурий, возможность пополнения запаса с лунного аванпоста резко сократит стоимость отдельных миссий.
Проблемы:
Естественно, перспектива создания горных интересов на Луне также представляет некоторые серьезные проблемы. Например, любое основание на Луне должно быть защищено от температур поверхности, которые варьируются от очень низких до высоких - от 100 К (-173,15 ° C; -279,67 ° F) до 390 K (116,85 ° C; 242,33 ° F). - на экваторе и в среднем 150 K (-123,15 ° C; -189,67 ° F) в полярных регионах.
Радиационное облучение также является проблемой. Из-за чрезвычайно тонкой атмосферы и отсутствия магнитного поля лунная поверхность испытывает вдвое меньше излучения, чем объект в межпланетном пространстве. Это означает, что астронавты и / или лунные рабочие будут подвергаться высокому риску воздействия космических лучей, протонов солнечного ветра и излучения, вызванного солнечными вспышками.
Кроме того, есть лунная пыль, которая представляет собой чрезвычайно абразивное стеклообразное вещество, которое образовалось в результате миллиардов лет воздействия микрометеоритов на поверхность. Из-за отсутствия выветривания и эрозии лунная пыль не заземлена и может нанести ущерб оборудованию и представляет опасность для здоровья. Хуже всего то, что он прилипает ко всему, к чему прикасается, и это было серьезным неудобством для экипажей Аполлона!
И хотя низкая гравитация привлекательна с точки зрения запусков, неясно, каковы будут ее долгосрочные последствия для здоровья человека. Как показали неоднократные исследования, воздействие невесомости в течение месячных периодов вызывает мышечную дегенерацию и потерю плотности кости, а также снижение функции органов и подавленную иммунную систему.
Кроме того, существуют потенциальные юридические препятствия, которые может создать лунная добыча. Это связано с «Договором о принципах, регулирующих деятельность государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела», который также известен как «Договор по космосу». В соответствии с этим договором, который контролируется Управлением Организации Объединенных Наций по вопросам космического пространства, ни одна страна не имеет права владеть землей на Луне.
И хотя было много предположений о «лазейке», которая прямо не запрещает частную собственность, юридического консенсуса по этому вопросу нет. Таким образом, по мере того, как поиск лунных месторождений и добыча полезных ископаемых становятся все более вероятными, необходимо будет разработать правовую базу, которая обеспечит все на подъеме и росте.
Хотя до этого еще далеко, вполне разумно думать, что когда-нибудь мы сможем добывать Луну. И с его богатыми запасами металлов (которые включают REMs) становятся частью нашей экономики, мы могли бы смотреть в будущее, характеризующееся пост дефицитом!
Мы написали много статей о добыче и колонизации Луны здесь, в журнале Space. Вот кто были первые люди на Луне? Какие были первые лунные посадки? Сколько людей гуляло на Луне ?, Можете ли вы купить землю на Луне? Луна или астероид?
Для получения дополнительной информации обязательно ознакомьтесь с этой инфографикой о Moon Mining в Лаборатории реактивного движения НАСА.
У Astronomy Cast также есть несколько интересных эпизодов на эту тему. Послушай, Эпизод 17: Откуда взялась Луна? и Эпизод 113: Луна - Часть I.
Источники:
- НАСА: исследование Солнечной системы - Луна Земли
- НАСА - Моделирование экстракции гелия 3 из лунного ильменита
- Википедия - Луна
- Википедия - Колонизация Луны
