С тех пор, как мы начали отправлять экипажи на Луну, люди мечтали о том дне, когда мы сможем когда-нибудь ее колонизировать. Только представьте, поселение на поверхности Луны, где каждый постоянно чувствует себя примерно на 15% тяжелее, чем здесь, на Земле. А в свободное время колонисты могут совершать всевозможные крутые исследовательские походы по поверхности на луноходах. Должен признать, звучит весело!
Совсем недавно была предложена идея разведки и добычи на Луне. Частично это связано с возобновлением освоения космоса, но также с ростом частных аэрокосмических компаний и индустрии NewSpace. Учитывая графики миссий на Луну на ближайшие годы и десятилетия, кажется логичным подумать о том, как мы могли бы создать там горнодобывающую и другие отрасли промышленности?
Предлагаемые методы:
Было сделано несколько предложений по организации добычи полезных ископаемых на Луне; сначала космическими агентствами, такими как НАСА, а в последнее время - частными интересами. Многие из самых ранних предложений были сделаны в 1950-х годах в ответ на космическую гонку, которая рассматривала лунную колонию как логический результат исследования Луны.
Строительство лунной базы могло бы быть проще, если бы космонавты могли собирать местные материалы для строительства и жизнеобеспечения в целом. Предоставлено: НАСА / Пэт Роулингс.
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. Райнхарт - директор лаборатории горных исследований при Колорадской горной школе - предложил трубчатую основу, которая «плавала» по поверхности.
С тех пор НАСА, Армия и ВВС США, а также другие космические агентства выступили с предложениями по созданию лунного поселения. Во всех случаях эти планы содержали поправки на использование ресурсов, чтобы сделать базу как можно более самодостаточной. Однако эти планы возникли раньше, чем программа «Аполлон», и от них в значительной степени отказались после ее завершения. Лишь в последние несколько десятилетий в очередной раз были внесены подробные предложения.
Например, при администрации Буша (2001-2009 гг.) НАСА предложило возможность создания «лунного форпоста». В соответствии с их Видение освоения космоса (2004) план предусматривал строительство базы на Луне между 2019 и 2024 годами. Одним из ключевых аспектов этого плана было использование технологий ISRU для производства кислорода из окружающего реголита.
Эти планы были отменены администрацией Обамы и заменены планом полета на Марс (известный как «План НАСА»). Путешествие на Марс “). Однако во время семинара в 2014 году представители НАСА встретились с гарвардским генетиком Джорджем Черчем, Питером Диамандисом из X Prize Foundation и другие эксперты, чтобы обсудить недорогие варианты возвращения на Луну.
Материалы семинара, опубликованные в специальном выпуске Новое пространство , опишите, как можно было бы построить поселение на Луне к 2022 году всего за 10 миллиардов долларов. Согласно их документам, недорогая база станет возможной благодаря развитию космического бизнеса, появлению индустрии NewSpace, 3D-печати, автономных роботов и других недавно разработанных технологий.
В декабре 2015 года международный симпозиум « Луна 2020-2030 - новая эра скоординированных исследований человека и роботов »Прошла в Европейском центре космических исследований и технологий. В то время новый генеральный директор ESA (Ян Вернер) сформулировал желание агентства создать международная лунная база с использованием роботов, методов 3D-печати и использования ресурсов на месте.
В 2010 году НАСА учредило Соревнование по роботизированному горному делу , ежегодное поощрительное соревнование, в рамках которого студенты университетов проектируют и создают роботов для навигации в смоделированной марсианской среде. Одним из наиболее важных аспектов конкурса является создание роботов, которые могут полагаться на ISRU, чтобы превратить местные ресурсы в полезные материалы. Созданные приложения также могут быть использованы во время будущих лунных миссий.
У других космических агентств также есть планы относительно лунных баз в ближайшие десятилетия. Российское космическое агентство (Роскосмос) опубликовало планы строительства Лунная база к 2020-м годам , а Китайская национальная Космическое агентство (CNSA) предложила построить такую базу в те же сроки, благодаря успеху Изменить программу .
Ранний проект лунной заставы, основанный на модульной конструкции (1990 г.). Предоставлено: НАСА / Цикорра Китмахер.
И индустрия NewSpace в последнее время также выдвигает некоторые интересные предложения. В 2010 году группа предпринимателей Кремниевой долины собралась вместе, чтобы создать Лунный экспресс , частная компания, которая планирует предлагать коммерческие услуги по транспортировке и передаче данных с помощью роботов на Луну, а также ставит перед собой долгосрочную цель - добычу на Луне. В декабре 2015 года они стали первой компанией, претендующей на Приз Lunar X построить и испытать спускаемый аппарат-робот - MX-1 .
В 2010 г. компания Arkyd Astronautics (переименована в г. Планетарные ресурсы в 2012 году) был запущен с целью разработки и внедрения технологий добычи астероидов. В 2013, Deep Space Industries была создана с той же целью. Хотя эти компании сосредоточены преимущественно на астероидах, привлекательность во многом такая же, как и у лунной добычи, которая расширяет ресурсную базу человечества за пределы Земли.
Ресурсы:
Основываясь на изучении лунных горных пород, которые были доставлены миссиями Аполлона, ученые узнали, что поверхность Луны богата минералами. Их общий состав зависит от того, были ли породы из лунных морей (большие, темные, базальтовые равнины, образовавшиеся в результате извержений Луны) или из лунных гор.
Лунные скалы из миссии Аполлон-11. Предоставлено: НАСА.
Камни, полученные из лунных морей, показали большие следы металлов: 14,9% глинозема (Al²O³), 11,8% оксида кальция (известь), 14,1% оксида железа, 9,2% магнезии (MgO), 3,9% диоксида титана (TiO²) и 0,6% натрия. оксид (Na²O). Те, что получены с лунного нагорья, похожи по составу, с 24,0% глинозема, 15,9% извести, 5,9% оксида железа, 7,5% магнезии 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, чтобы обеспечить астронавтов пригодным для дыхания воздухом, и может быть использован для производства воды и даже ракетного топлива.
На Луне также есть концентрации редкоземельных металлов (РЗМ), которые привлекательны по двум причинам. С одной стороны, REM становятся все более важными для мировой экономики, поскольку они широко используются в электронных устройствах. С другой стороны, 90% текущих запасов РЗМ контролируются Китаем; поэтому наличие постоянного доступа к внешнему источнику рассматривается некоторыми как вопрос национальной безопасности.
Точно так же Луна имеет значительное количество воды Эта вода содержится в его лунном реголите и в постоянно затененных областях в его северных и южных полярных регионах. Эта вода также будет ценным источником ракетного топлива, не говоря уже о питьевой воде для космонавтов.
Спектры, собранные NASA Moon Mineralogy Mapper (M3) во время индийской миссии Chandrayaan-1, показывают присутствие воды в полярных регионах Луны. Предоставлено: ISRO / НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт / Брауновский университет / Геологическая служба США.
Кроме того, лунные камни показали, что лунный внутри могут быть значительные источники воды также. Из образцов лунного грунта было подсчитано, что адсорбированная вода могла существовать при следовых концентрациях От 10 до 1000 частей на миллион . Первоначально считалось, что концентрация воды в лунных скалах была результатом загрязнения.
Но с того времени многочисленные миссии не только обнаружили образцы воды на поверхности Луны, но и обнаружили доказательства того, откуда она взялась. Первым был индийский Чандраяан-1 миссия, в результате которой на поверхность Луны 18 ноября 2008 г. был отправлен ударник. Во время 25-минутного спуска ударный зонд Исследователь высотной композиции Чандры (CHACE) обнаружил наличие воды в тонкой атмосфере Луны.
В марте 2010 года прибор Mini-RF на бортуЧандраяан-1обнаружил более 40 постоянно затемненных кратеров возле северного полюса Луны, которые, как предполагается, содержат до 600 миллионов метрических тонн (661,387 миллиона тонн США) водяного льда .
В ноябре 2009 года НАСА LCROSS Космический зонд сделал аналогичные находки вокруг южной полярной области, поскольку ударник, который он направил на поверхность, поднял материал, который, как оказалось, содержал кристаллическую воду. В 2012 году исследования, проведенные Лунный разведывательный орбитальный аппарат (LRO) показал, что лед составляет до 22% материала на дне кратера Шеклтон (находится в южном полярном регионе).
Водород, обнаруженный в полярных регионах Луны, указывает на присутствие воды. Предоставлено: НАСА.
Было высказано предположение, что вся эта вода была доставлена комбинацией механизмов. Во-первых, регулярные обстрелы водоносные кометы, астероиды и метеороиды по геологическим временным масштабам мог отложить большую его часть. Также утверждалось, что он производится на местном уровне ионы водорода солнечного ветра в сочетании с кислородсодержащими минералами.
Но, пожалуй, самым ценным товаром на поверхности Луны может быть гелий-3. Гелий-3 - это атом, излучаемый Солнцем в огромных количествах, и побочный продукт термоядерных реакций, происходящих внутри. Хотя сегодня гелий-3 невелик, физики считают, что он станет идеальным топливом для термоядерных реакторов.
Солнечный ветер уносит гелий-3 от Солнца в космос - в конечном итоге полностью за пределы Солнечной системы. Но частицы гелия-3 могут врезаться в объекты, которые мешают, например, на Луну. Ученые не смогли найти никаких источников гелия-3 здесь, на Земле, но, похоже, он находится на Луне в огромных количествах.
Преимущества:
С коммерческой и научной точки зрения есть несколько причин, по которым добыча на Луне будет полезна для человечества. Во-первых, это было бы абсолютно необходимо для любых планов строительства поселения на Луне, поскольку использование ресурсов на месте (ISRU) было бы гораздо более рентабельным, чем транспортировка материалов с Земли.
Художественная концепция базы на Луне. Предоставлено: НАСА, через Википедию.
Кроме того, прогнозируется, что предлагаемые усилия по исследованию космоса в 21 веке потребуют большого количества материальных средств. То, что добывается на Луне, будет запущено в космос за небольшую часть стоимости добычи здесь, на Земле, из-за гораздо более низкой гравитации и космической скорости Луны.
Кроме того, на Луне изобилие сырья, на которое полагается человечество. Как и Земля, он состоит из силикатных пород и металлов, которые различаются между геохимически разными слоями. Они состоят из богатого железом внутреннего ядра и богатого железом 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 операции с ресурсами - будет благом для миссий дальше в Солнечную систему. Для миссий, направляющихся к Марсу в ближайшие десятилетия, к внешней Солнечной системе или даже к Венере и Меркурию, возможность пополнения запасов с лунного форпоста резко снизит стоимость отдельных миссий.
Проблемы:
Естественно, перспектива создания горнодобывающих предприятий на Луне также представляет некоторые серьезные проблемы. Например, любая база на Луне должна быть защищена от температуры поверхности, которая варьируется от очень низкой до высокой - от 100 К (-173,15 ° C; -279,67 ° F) до 390 K (116,85 ° C; 242,33 ° F). - на экваторе и в среднем 150 К (-123,15 ° C; -189,67 ° F) в полярных регионах.
Схема, показывающая поток заряженных ионов водорода, уносимых от Солнца солнечным ветром. Фото: Университет Мэриленда / Ф. Мерлин / МакРЕЛ]
Радиационное облучение также является проблемой. Из-за чрезвычайно тонкой атмосферы и отсутствия магнитного поля поверхность Луны испытывает вдвое меньше излучения, чем объект в межпланетном пространстве. Это означает, что астронавты и / или лунные работники будут подвергаться высокому риску воздействия космических лучей, протонов солнечного ветра и радиации, вызванной солнечными вспышками.Затем есть лунная пыль, которая представляет собой чрезвычайно абразивное стеклообразное вещество, которое образовалось в результате миллиардов лет ударов микрометеоритов о поверхность. Из-за отсутствия выветривания и эрозии лунная пыль не имеет заземления и может разрушать механизмы и представлять опасность для здоровья. Хуже всего то, что он прилипает ко всему, к чему прикасается, и был серьезной проблемой для экипажей Аполлона!
И хотя более низкая гравитация привлекательна с точки зрения запусков, неясно, каковы будут долгосрочные последствия для здоровья людей. Как показали неоднократные исследования, воздействие невесомости в течение месячных периодов вызывает мышечную дегенерацию и потерю плотности костей, а также снижение функции органов и подавление иммунной системы.
Кроме того, есть потенциальные юридические препятствия, которые может создать лунная добыча. Это связано с « Договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела » - иначе известный как «Договор о космосе». В соответствии с этим договором, который контролируется Управление Организации Объединенных Наций по вопросам космического пространства , ни одной стране не разрешается владеть землей на Луне.
Лунная база в воображении НАСА в 1970-х годах. Кредит изображения: НАСА
И хотя было много предположений о «лазейке», которая прямо не запрещает частную собственность, юридического консенсуса по этому поводу нет. Таким образом, по мере того, как поиск и добыча Луны становятся все более вероятными, необходимо будет разработать правовую основу, которая обеспечит, чтобы все было на подъеме.
Хотя это может быть очень далеко, есть основания полагать, что когда-нибудь мы сможем добывать Луну. А с его богатыми запасами металлов (включая РЗМ), которые становятся частью нашей экономики, мы можем смотреть в будущее, характеризуемое пост-дефицитом!
Мы написали много статей о добыче полезных ископаемых и колонизации Луны здесь, в Universe Today. Вот Кто были первыми людьми на Луне? , Какими были первые высадки на Луну? , Сколько людей ходили по Луне? , Можно ли купить землю на Луне? , а также Строительство космической базы, часть 1: Почему майнить на Луне или на астероиде?
Для получения дополнительной информации обязательно ознакомьтесь с этим инфографика о Moon Mining из Лаборатории реактивного движения НАСА.
В Astronomy Cast также есть несколько интересных эпизодов на эту тему. Послушай - Эпизод 17: Откуда взялась Луна? а также Эпизод 113: Луна - Часть I .
Источники: