Ниже дается перепечатка статьи из «Российской газеты» за 22 октября 1999 года (с некоторой редакторской правкой). Опубликованный в ней материал может считаться научным обоснованием наших проектов по Луне. Подзаголовки: июнь, июль, август и сентябрь – означают данные, которые понадобятся в соответствующем месяце. Выделены те научные факты, которые либо являются доказательством правоты предлагаемого нами плана, либо просто могут представлять интерес для читателя.

Июнь

Когда и зачем потребуется нам лунное производство? Начнем с наиболее простых примеров. В настоящее время привычной и даже обыденной стала длительная деятельность космонавтов на низких околоземных орбитах. Но в ближайшем будущем начнется длительная работа экипажей орбитальных станций, расположенных на высоких орбитах. Выйдя за пределы радиационных поясов Земли, жители «эфирных поселений» окажутся беззащитными перед солнечным и космическим излучением. Короткие экскурсии на Луну не требовали особых средств противорадиационной защиты - суммарная доля полученной радиации была мала. Но когда вахта на высокой орбите будет длиться многие месяцы, потребуется создание более надежных, следовательно, и более массивных защитных экранов.

Подобному экрану для космической станции нового поколения потребуется от 80 до 90 т дополнительного материала. Чтобы доставить этот груз с Земли, придется произвести несколько запусков грузовых ракет. При этом следует учесть, что речь идет не о каком-то продукте сложного технологического процесса, а о массе самого простого, примитивного вещества, поглощающего радиацию, - вроде песка или цемента. Можно ли считать подобные транспортные операции рациональными?

Если сравнить стартовый вес космических систем и массу выводимых ими на орбиты объектов, можно убедиться, что по объективным причинам КПД у них несравненно хуже, чем у паровоза, - ведь основные усилия уходят не на перемещение груза, а на то, чтобы разорвать путы земного притяжения. Поэтому полезная нагрузка в космических системах, стартующих с Земли, занимает очень малую долю общего начального веса.

Для ракеты-носителя «Восток» доля полезного веса составляла примерно 1,7%. Более совершенная ракета «Союз» выводит на орбиту груз, составляющий около 2,3% от стартовой массы. Полезная нагрузка транспортных космических кораблей многоразового использования «Спейс Шаттл» не превышает 1,5%.

А вот с поверхности Луны старты космических ракет оказываются гораздо эффективнее. Сила тяжести на Луне составляет всего лишь 1/6 земной. Вывод груза на высокую околоземную орбиту потребует в 20-30 раз меньших усилий, чем та же операция с Земли. Например, если бы с Луны стартовала ракета-носитель «Союз», то в результате одного такого запуска на орбитальную станцию можно было бы доставить до 200 т грузов, что составляет примерно половину собственного веса носителя.

Если к этому добавить, что лунный грунт обладает всеми необходимыми свойствами противорадиационного защитного материала, экономические и технологические выгоды использования лунного вещества для экранирования космической станции на высоких орбитах становятся очевидными.

Но подобные старты с Луны станут возможны лишь после того, как там появится собственная ракетно-космическая индустрия.

Среди перспективных направлений развития космической техники часто называют создание на высоких орбитах гигантских солнечных энергетических установок. Параболические зеркала площадью в сотни квадратных километров смогут отражать на Землю значительное количество солнечной энергии. Возможно, что вокруг Земли будет вращаться целая система искусственных солнц, преобразовывая в экологически безупречно чистую энергию излучение нашего светила.

И опять расчеты показывают, что без использования лунных ресурсов, без лунной индустрии подобные проекты осуществить не удастся. Самым рациональным было бы отдельные элементы конструкций производить непосредственно на Луне, а затем с помощью небольших ракет доставлять на монтажную орбиту.

Процесс транспортировки грузов и создание самого лунного индустриального комплекса, а также его эксплуатация существенно упростятся, если и здесь широко использовать местные лунные ресурсы. Анализ показывает, что во всех четырех направлениях, в которых придется действовать создателям лунной базы - транспорт, системы жизнеобеспечения и энергообеспечения, строительство, - можно эффективно использовать местные ресурсы.

При создании лунной базы самая первая задача заключается в разработке транспортных ракетно-космических систем, пригодных для доставки значительных грузов на лунную поверхность с наименьшими затратами. Согласно одному из технических проектов первая очередь лунной базы потребует доставки на Луну 125 т полезного груза. Комплекс включает три жилых модуля. установку для получения газов (прежде всего кислорода) из местных материалов, установку для экскавации и транспортировки лунного вещества в промышленных целях и, конечно, энергетическую установку ядерного типа.
Рис.3. Полярная подповерхностная база, снабжаемая энергией солнечного света от гелиостата

Наиболее мощная из существующих сегодня в мире ракет-носителей - советская ракетно-космическая система «Энергия» - способна доставить на Луну несколько десятков тонн полезного груза за один рейс. Следовательно, с помощью небольшого числа таких запусков можно обеспечить все необходимые транспортные операции между Землей и Луной на начальном этапе строительства лунной базы.

В начале работ на Луне энергетика будет обеспечиваться установкой, доставленной с Земли. Но затем необходимо обратиться к самому естественному источнику энергии - солнечному излучению.

На Земле солнечная энергетика наталкивается на многие ограничения: атмосфера, облачность, сезонные изменения погодных условий и т. д. Но на Луне подобных трудностей нет. Солнечные установки могут работать с наибольшим эффектом в течение всего двухнедельного по продолжительности дня. А в полярных областях принципиально возможны варианты конструкций беспрерывно работающих гелиоэлектростанций.

Как известно, большие надежды на решение энергетической проблемы в будущем возлагаются на управляемые термоядерные реакции. В основе этих процессов лежит реакция синтеза ядер, обладающая эффективным выделением энергии при малых эксплуатационных затратах и практическим отсутствием радиоактивных отходов.

Одна из таких реакций заключается в слиянии ядер дейтерия и изотопа гелий-3. На Земле данный изотоп встречается крайне редко. Специалисты оценивают его доступные запасы чрезвычайно малой величиной - около 500 кг.

На Луне же в течение четырех миллиардов лет лунный грунт, как губка, «впитывал» гелий-3, приносимый солнечным ветром. Теоретические оценки и результаты анализа образцов лунного грунта показывают, что в первых пяти метрах раздробленного слоя реголита накопилось порядка миллиона тонн гелия-3. Такого количества ядерного топлива хватило бы на обеспечение электроэнергией не только лунной базы, но и всего человечества на протяжении 5 тысяч лет.

Согласно экономическим оценкам отдача от утилизации лунных запасов гелия-3 многократно окупит все затраты по созданию лунной базы.

Солнце насытило лунный поверхностный слой и другим весьма ценным продуктом, водородом, который можно использовать как компонент ракетного топлива или для получения воды. Считается, что в каждом килограмме верхнего рыхлого вещества Луны содержится около 50 г водорода.

Другой возможный продукт промышленной переработки реголита - кислород. Этот элемент имеется на Луне в достаточных количествах, поскольку лунное вещество находится в окисленном состоянии.

Отвердевшие породы коры и мантии Луны состоят из распространенных и на Земле силикатов. Темные пятна морей - это породы, близкие по составу к земным базальтам. Светлые области материков в основном состоят из пород, весьма схожих с земными анортозитами. Это камни серого цвета с высоким содержанием алюминия. Геологи нередко находят их в разломах земной коры. Основные лунные минералы - пироксен, плагиклаз, ильменит и оливин также хорошо знакомы на Земле, поскольку содержатся практически в любом речном песке.

Разумеется, у лунных пород есть свои отличия. Если окислы кремния, магния, кальция и алюминия входят в лунные минералы в тех же пропорциях, что и на Земле, то окислов железа и титана относительно больше. В лунных морских базальтах, например, содержание окислов железа превышает 25%. В земных базальтах, как правило, в два раза меньше. Доля окислов титана доходит иногда до 13%. На Земле всего лишь 2%.

Бомбардировка Луны метеоритами в течение сотен миллионов лет привела к тому, что ее поверхностный слой на глубину до 10 метров находится в раздробленном состоянии. Это облегчает добычу и транспортировку лунного грунта к месту переработки. Отпадает необходимость в применении специальной техники для горнорудных разработок.

Самые общие подсчеты показывают, что в лунном карьере размером 100х100 м и глубиной 10 м (объем рыхлого вещества в естественном залегании) содержится значительное количество различных материалов.

Не останавливаясь пока на вопросах технологии извлечения из лунного грунта определенных материалов, можно сказать, что такой карьер обеспечит получение около 40 тыс. т кремния, пригодного, например, для изготовления ячеек солнечных батарей. Этого количества хватит для кремниевых фотоэлектрических преобразователей общей площадью примерно 12 км². При современной эффективности типовых солнечных батарей такая телиоэлектростанция по мощности будет равна, например, Ново-Воронежской АЭС или в 3 раза превысит мощность Днепрогэса.

Лунный карьер может дать 9 тыс. т титана для изготовления несущих конструкций высокой прочности и долговечности. Для производства электроарматуры или других элементов космических сооружений на Луне и в окружающем космосе в карьере «найдется» от 15 до 30 тыс. т алюминия и от 5 до 25 тыс. т железа. К этим материалам добавится еще некоторое количество магния, кальция, хрома и других химических элементов. Наконец, из того же объема лунного реголита можно экстрагировать от 80 до 90 тыс. т кислорода. Добываемый кислород можно использовать в системе жизнеобеспечения самой лунной базы, в различных технологических процессах и в качестве одного из компонентов ракетного топлива.

Сам же лунный грунт в целом может послужить отличным материалом для получения лучших марок бетона.

Не располагая сегодня достаточно полной информацией о природе и всех ресурсах нашего спутника, мы видим лишь верхушку айсберга, по которой можно составить только самые приблизительные представления о возможностях использования этих ресурсов.

Нам предстоит научиться добывать лунные богатства. Пока еще нет полностью разработанных и практически апробированных технологий для извлечения продуктов, находящихся в лунном веществе в связанном состоянии. Такие специфические технологии предстоят создать.

Предполагается, что в процессе завершающей фазы изучения Луны новым поколением автоматических аппаратов (примерно в 1997 г.) на окололунную орбиту будет выведен спутник с телескопом на борту для окончательного выбора места первой очереди лунной базы. Спутник может иметь круговую орбиту высотой около 4 тыс. км с периодом обращения вокруг Луны 10,8 ч. Основная программа - исследования дистанционными, астрофизическими методами с помощью космического телескопа химического состава и структурных особенностей поверхностных пород с оценкой их стратиграфии и возможного генезиса.

К 2000 г. можно предположить завершение выбора места будущей лунной базы. Транспортная система нового поколения доставит на лунную поверхность первый экипаж из четырех астронавтов для предварительной разведки непосредственно на поверхности. С 2002 г. можно планировать начало детальных исследований лунных пород на месте с участием астронавтов-геологов, с тем, чтобы в 2005 г. организовать промышленное производство кислорода из лунных материалов.

Технология получения кислорода уже опробована в наземных лабораторных условиях на аналогах лунных пород и непосредственно из лунного грунта, доставленного на Землю предыдущими экспедициями. Оказалось, что наиболее целесообразно использовать для этого лунные базальты с повышенным содержанием ильменита. При нагревании обогащаемых ильменитами пород до 700-1000° под давлением от 1 до 10 атм происходит выделение кислорода, а побочным продуктом этой реакции становится восстановленное железо. Если же в качестве восстановителя использовать водород, то в результате реакции получится вода.

Рис.4. Схема комплексной установки для получения воды и других элементов из лунного грунта термическим путем

Рис.5. Схема промышленной лунной установки для непрерывного производства кислорода обработкой ильменита в присутствии водорода.

Опыты показали, что выход кислорода составляет до 10% от исходной массы обрабатываемого вещества.

Фирма «Карботек» (г. Хьюстон, США) по контракту с НАСА разработала проект крупной установки на лунной поверхности для производства кислорода в количествах, позволяющих использовать его в качестве ракетного топлива в двигателях водородно-кислородного типа. В качестве исходного материала предполагается использовать породы, обогащенные ильменитом. В установке происходит процесс экстракции при температурах от 700 до 1200° и давлении 10 атм. Проект рассчитан на 400 т полезной нагрузки для транспортировки на лунную поверхность, из которых 45 т приходится на энергетическую установку мощностью 5 МВт для поддержания процесса экстракции. Такой «кислородный завод» на лунной поверхности должен давать 1000 т кислорода в год.

Если треть добываемого кислорода использовать в качестве компонента ракетного топлива, то потребуется еще около 40 т водорода в год. Ученые из Вашингтонского университета рассчитали возможность получения такого количества водорода из поверхностной тонкой фракции лунного грунта и предложили проект соответствующего комплекса.

При типичном содержании водорода в верхнем рыхлом слое грунта (в результате насыщения частицами солнечного ветра), равном 50 микрограммам на грамм природного реголита, необходимо перерабатывать 6700 т тонкой фракции в день, если основываться на солнечной энергетике, и ограничить продолжительность активной работы установки 120 сутками в год. Остальное время приходится на ночь, утренние и вечерние часы, когда отдача от гелиоустановки не будет максимальной.

Каким образом можно перерабатывать несколько тысяч тонн грунта в день? Предлагается «передвигать» весь комплекс со скоростью 6 км/ч при глубине обработки грунта до 1 м. Принцип работы установки заключается в нагревании массы исходного материала (от солнечного коллектора) до 700° при давлении до 10 атм. При этом из лунного вещества выделятся и другие газы. Наиболее эффективная технология - сжигание полученной из реголита смеси газов в лунном кислороде с последующим отделением воды. Предполагается, что наиболее целесообразно хранить и транспортировать полученный продукт в жидком виде с последующим применением электролиза для разделения кислорода и водорода непосредственно перед использованием.

В Висконсинском университете разработан проект другого завода-автомата передвижного типа для получения упомянутого выше изотопа гелия-3. В передней части добывающего агрегата размещается вращающее колесо с ковшами типа роторного экскаватора, которое черпает рыхлый грунт и загружает его в бункер, где происходит обработка. В основном модуле этого завода около 800 т грунта с помощью микроволновой техники всего за полчаса нагревается до 650°. Из выделяющейся газовой смеси отбирается гелий-3. По предварительным оценкам продуктивность этого комплекса может достигать 20 кг уникального газа в год.

Одновременно с гелием-3 из нагретого грунта выделяется водород и некоторые другие газы, необходимые для технологических и экологических систем лунной базы.

«Отжатый» грунт возвращается назад на поверхность, а завод продолжает свое движение к новому участку.

В более отдаленной перспективе, по-видимому, станет возможной промышленная переработка лунных пород для извлечения алюминия из анортита или железа и титана из ильменита. Например, предложена схема углеродной обработки расплавленных лунных минералов, в которой каждая ступень основана на известных и широко используемых в земной металлургии процессах. Сюда входит обработка железосодержащих минералов углеродом или углеводородом, кислородное производство стали при восстановлении углерода из окиси углерода, электролиз получаемой воды и коксование углеводорода. Особенностью этой схемы является использование в качестве реагента отходов деятельности лунной базы вместо материала, специально доставляемого с Земли.

Приведенные примеры далеко не исчерпывают все имеющиеся уже сейчас идеи и разработки.

Нетрудно заметить, что основным технологическим процессом во многих случаях является нагревание поверхностных пород до высоких температур. Хотя предполагаются и другие варианты (например, электролиз расплавленных минералов), вероятно, простой нагрев исходного вещества на первом этапе лунной индустрии станет наиболее экономичной и надежной технологией. При этом следует учитывать, что есть доступный источник тепловой энергии - солнечное излучение. На экваторе Луны в середине лунного дня поверхность нагревается до температуры 130-150°. Поэтому использование сравнительно несложных солнечных коллекторов обеспечит в большинстве случаев выполнение заданных технологических процессов.

По мнению большинства специалистов-технологов, природные условия Луны будут способствовать организации на ее поверхности высокопродуктивных технологических процессов. Пониженная гравитация и лунный вакуум облегчат процесс фракционной перегонки. Малая сила тяжести соответственно уменьшит затраты энергии, необходимые для подъема грузов и конструкций.

Глубокий вакуум в естественных условиях предохранит металлы от коррозии даже при высоких рабочих температурах, упростит производство и хранение особо чистых металлов и сплавов.

Обилие на поверхности Луны тонкой пыли может вызвать серьезные проблемы для работы механизмов и оборудования, а также в отношении комфорта и здоровья обслуживающего персонала. Но с другой стороны, лунная пыль явится превосходным сырьем для использования в производстве и материалом для строительных работ. Глубокий вакуум будет способствовать упрощению технологии прессования из лунного сыпучего грунта строительных блоков и сборке из них сооружений различного назначения. Вне зависимости от конкретной конструкции помещений базы блоки из реголита послужат надежной защитой. Как уже установлено, лунный грунт хорошо предохраняет от облучения потоками частиц солнечной и космической радиации.
Рис.6. Модули космических аппаратов после использования по прямому назначению, закопанные в лунный реголит, могут превратиться в жилые и лабораторные помещения лунной базы

Инженеры-проектировщики лунных сооружений предлагают следующие способы радиационной защиты. Заранее подготовленную опалубку можно заполнить реголитом и уплотнить его любым из механических приспособлений. Можно отдельно изготовленные панели заполнять реголитом уже в процессе сборки самих сооружений. Наиболее простая технология - размещение готовых модулей лунной базы в естественных углублениях (например, небольших кратерах) и засыпка сверху реголитом. Слой реголита в 2-3 м даже без уплотнения значительно снижает радиационную опасность внутри жилого отсека.

Обобщенный анализ специалистов, основанный на современном уровне представлений о природе Луны и технологических возможностях ее утилизации, приводит к следующему перечню полуфабрикатов и конечных продуктов, производство которых предприятиями лунного индустриального комплекса реально в первые десятилетия следующего века:

- металлические листы и стержни из алюминия, магния, титана, железа и сплавов; панели, балки, проволока; металлический порошок из чистых металлов и сплавов; анодированные металлические изделия и полуфабрикаты: конструктивные узлы из металла и других материалов для сооружения лунных построек и орбитальной космической станции;

- стекло и стекловолокно, керамические изделия и теплоизоляция; различные покрытия, включая отражающие поверхности, из натрия с очень высокой отражающей способностью; теплозащитные и радиационные экраны различного назначения;

- тонкопленочные материалы; кремниевые пластины; фотоэлементы для солнечных батарей;

-         контейнеры для хранения и транспортировки ракетного топлива; межпланетные космические аппараты.

 

Июль

Широкие возможности использования продукции лунного производства за пределами Луны заставляют особо задуматься над экономичными транспортными средствами. Преимущества ракетных запусков с Луны были указаны выше. Специалистами Института космических исследований Принстонского университета была предложена альтернативная идея - принципиально отказаться от ракетных стартов с Луны для вывода технических грузов в окололунное пространство в пользу электромагнитных ускорителей.

В проекте транспортировки лунных пород предлагается воспользоваться электромагнитными ускорителями в форме трубы, внутрь которой помещается разгоняемый контейнер с грузом. Двигаясь на «магнитной подушке», контейнер при определенной длине ускорителя может достигать высоких скоростей. Расчеты и опыты с действующими моделями показали, что построенный в Институте ускоритель при длине 160 м (последняя модель) может разгонять контейнер диаметром около 40 см

до скорости 2,44 нм/с, т.е. второй космической скорости для Луны. Реализация проекта открывает принципиально новые возможности в области лунных транспортных средств.

При всей высокой степени автоматизации «лунных заводов» работа лунной базы предполагает длительное проживание на. Луне сменных или постоянных команд операторов, что требует развития специфических систем жизнеобеспечения. Многие элементы таких систем уже длительное время действуют на современных космических кораблях и орбитальных станциях и легко будут приспособлены для лунных условий.

Август

31 июля 1999 года космический аппарат "Лунар Проспектор" Национального агентства США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) на большой скорости врезался в лунную поверхность. Но это была не катастрофа. Обрушив 160-килограммовый зонд на дно кратера вблизи южного полюса Луны, американские ученые рассчитывали получить недвусмысленное доказательство существования на нашем естественном спутнике залежей одного из самых ценных минералов Солнечной системы -- водяного льда.

Но позвольте, откуда же на Луне лед? Даже лунные моря, и те образованы не водой, а растекшейся и застывшей лавой. И все-таки в наличии на нашем спутнике льда нет ничего неожиданного. Вода во Вселенной вообще вещество весьма распространенное. В Солнечной системе основным ее "переносчиком" считаются кометы. Земля в годы, точнее, миллионолетья своей юности подвергалась интенсивной кометной бомбардировке, которой, как считают некоторые ученые, мы частично обязаны собственными водяными запасами. Бомбардировка не миновала и Луну. Многочисленные кометы рассыпали по ее поверхности осколки ледяных ядер, но наш спутник, лишенный атмосферного покрова, не мог долго хранить это сокровище. Солнце прогревает лунную поверхность до 130 градусов С, поэтому весь лед, попадавший на Луну при очередном столкновении, испарялся вскоре после наступления утра. Но есть вблизи лунных полюсов глубокие кратеры, в которые Солнце никогда не заглядывает и где температура не поднимается выше ~170 градусов С. Вот там, в вечном космическом холоде, и могли сформироваться мощные ледяные пласты.

Но произошло ли это на самом деле? Ответ на этот вопрос имеет как научное, так и практическое значение. С одной стороны, прямое свидетельство кометной бомбардировки было бы весьма полезно для подтверждения или опровержения различных теорий образования Солнечной системы. С другой стороны, значительные запасы воды существенно облегчили бы организацию будущих лунных поселений.

Поиски воды на Луне имеют долгую историю. В 1961 году американские астрономы Кеннет Ватсон, Брюс Мюррей и Харрисон Браун впервые высказали мысль, что в вечной тени на дне некоторых лунных кратеров достаточно холодно, чтобы лед из кометных ядер мог пролежать там, не испаряясь, миллиарды лет. В 1979 году их соотечественник Джеймс Арнольд подсчитал, что речь идет не просто о нескольких ледяных глыбах, но о миллиардах тонн воды.

В 1994 году к Луне отправился космический зонд Министерства обороны США и NASA "Клементина", в программу полета которого входило испытание различных приборов. Уже после запуска аппарата одному из сотрудников проекта пришла в голову мысль, что с помощью радара "Клементины" можно попробовать заглянуть в один из темных полярных кратеров. К сожалению, благоприятные условия для радиолокации лунных полюсов сложились лишь однажды, но во время этого единственного наблюдения сигнал действительно отразился от дна некоторых кратеров так, словно путь ему преградила не каменистая, а ледяная поверхность. И это были те самые вечно темные кратеры, в которых только и можно было ожидать такого сигнала!

Открытие не сразу стало достоянием общественности: хотя первые намеки в печати прозвучали уже летом 1994 года, лишь 3 декабря 1996 года в Пентагоне состоялась пресс-конференция, на которой ученые сообщили, что да, луч радара, вероятно, отразился ото льда. Нельзя сказать, что в научной среде это заявление встретило единодушную поддержку. С одной стороны, если лед может сохраниться на дне глубоких кратеров, почему бы ему действительно там не оказаться? С другой стороны, нельзя делать серьезные выводы, имея в активе единственное наблюдение. К тому же, за год до "Клементины" радиолокация Луны проводилась на гигантском радиотелескопе в Аресибо (Пуэрто-Рико). Тогда точно такой же "водяной" сигнал приходил из кратеров в солнечных районах Луны, где воды заведомо быть не может...

Дальнейшее исследование проблемы лунного льда выпало на долю космического зонда "Лунар Проспектор" (NASA). Он покинул Землю 6 января 1998 года и уже через 4 дня вышел на окололунную орбиту. На его борту среди прочих приборов был установлен нейтронный спектрометр, специально предназначенный для поиска воды. И уже через два месяца после начала миссии ученые объявили о результатах: есть первый лунный лед! На пресс-конференции 5 марта 1998 года специалисты NASA рассказали о том, что кратеры вблизи обоих полюсов содержат от 10 до 300 млн. тонн водяного льда, правда, в виде мелкой крошки, перемешанной с лунным грунтом -- реголитом -- в отношении приблизительно один к ста. Из предварительных данных получалось, что водно-пылевая смесь покрывает от 5 до 20 тыс. кв. км на южном полюсе и 10-50 тыс. кв. км. -- на северном.

Естественно, добывать такую воду совсем не интересно. Ежедневная потребность человека в воде -- около 200 литров. Это означает, что для одного человека каждый день нужно просеивать не меньше 20 тонн грунта. Однако прошло полгода, и 4 сентября в американском журнале Science появились более оптимистические оценки: в приполярных районах Луны под 40-сантиметровым слоем реголита погребен чистый лед, полная масса которого на обоих полюсах может достигать 6 млрд. тонн. Казалось, что все точки над i расставлены, вода на Луне есть, причем с разработкой месторождений никаких трудностей не возникнет: снимай верхний слой грунта и доставай лед в нужных количествах.

Но сомнениям в науке место есть всегда. Беда в том, что нейтронный спектроскоп, если говорить честно, измеряет содержание не воды, а водорода. Конечно, водород (как следует из его названия) -- составная часть воды, но это еще не повод ставить между ними знак равенства. Первооткрыватели же лунного льда делали это неоднократно, на что им резонно возражали, что обнаруженный ими водород вовсе необязательно входит в состав воды. Что если это водород из молекул другого вещества или просто водород, сам по себе? Хорошо, отвечали первооткрыватели, но тогда почему мы наблюдаем сигнал только в глубоких, никогда не освещаемых Солнцем кратерах? Действительно, только для водяного льда удается примирить три фактора -- место (темные кратеры), внешние проявления (признаки водорода) и теорию происхождения (лед, принесенный кометами). И все-таки сомнение остается...

Чтобы разрешить его, зимой этого года "Лунар Проспектор" перешел с прежней 100-километровой орбиты на более низкую, проходящую всего в десятке км над лунной поверхностью. Ученые рассчитывали, наблюдая лунные полюса с небольшого расстояния, получить более четкие свидетельства существования воды, но преуспели, к сожалению, лишь в одном: доказали, что лед если и присутствует на Луне, то все-таки не в виде отдельных глыб, а в виде ледяной крошки, как следовало из первых результатов "Проспектора". К тому же, по новейшим данным его оказалось не 6 млрд., а всего 260 млн. тонн: 200 на южном полюсе и 60 на северном.

И тогда команда "Проспектора" приняла решение: поскольку аппарат все равно уже почти выработал свой ресурс, можно попробовать провести прямой эксперимент -- обрушить его в один из подозрительных кратеров в надежде, что в облаке поднявшейся пыли удастся-таки заметить этот упрямый лед. В NASA против такого завершения миссии не возражали, и судьба аппарата была решена.

В 8 часов 17 минут по Всемирному времени (11:17 по московскому) 31 июля на "Лунар Проспектор" была отправлена последняя последовательность команд. Повинуясь ей, аппарат включил двигатели и сошел с круговой орбиты, поднявшись над лунной поверхностью.

В 9 часов связь с зондом была потеряна: он скрылся за Луной, где ему предстояло провести последние 52 минуты своей жизни. В этом, к сожалению, заключался один из недостатков эксперимента: за возможность направить "Проспектор" в наиболее подозрительный кратер (сигнал из него был особенно силен) и за максимально благоприятные условия наблюдений места падения с Земли пришлось заплатить невозможностью управлять аппаратом непосредственно перед падением. Итак, "Проспектор" облетел вокруг Луны, постепенно приближаясь к ее поверхности, и на скорости 1,7 км/с врезался в кромку небольшого кратера вблизи лунного полюса. По оценкам специалистов, при столкновении он должен был испарить около 18 кг льда, который можно было бы заметить с Земли.

В 9 часов 52 минуты на южную границу лунного диска смотрели лучшие астрономические силы Земли: два космических телескопа, крупные американские обсерватории (из России Луна в этот момент была не видна) и множество астрономов-любителей, которых администрация NASA пригласила к сотрудничеству. Но увы -- ни облака водяного пара, ни выброса пыли заметить никому не удалось. Тщательнейшее изучение данных всех наблюдений продолжалось почти два с половиной месяца, и 13 октября ученые наконец решились вынести окончательный вердикт: в предполагаемом месте падения "Проспектора" не только не удалось обнаружить никаких следов воды, больше того, не замечено никаких признаков того, что падение действительно состоялось! Строго говоря, единственное доказательство того, что "Проспектор" упал на Луну, заключается в том, что аппарат больше не выходил на связь.

Ученые NASA не считают это поводом для разочарования. С самого начала они понимали, что шансы эксперимента на успех не превышают 10%. "Проспектор" мог не попасть в кратер или попасть в неподходящее место кратера, например, в глубокую расщелину. Карта предполагаемого района падения "Проспектора" построена с большими ошибками, поскольку наблюдать приполярные области Луны с Земли очень сложно. Кроме того, кратер-мишень довольно глубок (несколько километров), и облако водяного пара могло из него просто не выбраться. Конечно, нельзя забывать и более существенную причину (хотя в сообщении NASA от 13 октября она и не стоит на первом месте): может статься, воды на Луне все-таки нет, а водородный сигнал имеет какое-то другое происхождение.

Вот так пока и заканчивается история лунной воды. Можно, конечно, спросить: а много ли нам, землянам, в ней корысти? Много, если мы намереваемся в конце концов колонизировать Луну, а шаг этот кажется естественным при условии, что человечество не свернет с избранного им технологического пути эволюции. Главное же препятствие на пути к заселению Луны заключается в том, что на ней отсутствуют три совершенно необходимых человеку вещи -- кислород, вода и топливо. Конечно, можно возить все это с собой, но тогда вся затея практически теряет смысл. Если каждая лунная экспедиция будет брать с собой цистерну воды, она вряд ли сможет захватить что-то еще. Месторождения льда на Луне полностью решили бы эту проблему: эту воду можно было бы не только просто пить, но и разлагать с помощью электричества на составные части -- кислород и водород, -- которые обеспечат космонавтов воздухом, а их средства передвижения -- горючим.

Луна -- ближайшее к нам крупное небесное тело -- удобна со многих точек зрения. Уже давно обсуждается возможность использования ее для захоронения радиоактивных отходов, но это вряд ли можно назвать освоением. Более реальной кажется передача лунным станциям (автоматическим или обитаемым) некоторых функций, сейчас выполняемых искусственными спутниками Земли, которые обладают одним существенным недостатком: их очень трудно, а в подавляющем большинстве случаев и просто невозможно обслуживать. Вышедший из строя спутник -- это выброшенные в космос сотни миллионов долларов, утраченные возможности и источник потенциальной опасности для других космических аппаратов. Если те же приборы установить на лунной поверхности, их можно будет при необходимости ремонтировать, перенастраивать или модернизировать, особенно при наличии небольшого поселка с обслуживающим персоналом. В более отдаленной перспективе можно представить себе расположенные на Луне высокотехнологичные и/или опасные предприятия и экспериментальные установки, астрономические обсерватории, стартовые площадки для межпланетных перелетов (пока межпланетные зонды стартуют с Земли, что сильно ограничивает их возможности). Конечно, это все дела не ближайшего десятилетия, но почему не начать готовиться к ним уже сейчас?

 

Сентябрь

Как показали специальные исследования, лунный грунт при включении в него удобрений и влаги может с успехом служить в качестве субстрата для разведения высших растений. Разработан проект экологического комплекса для обеспечения жизнедеятельности персонала лунной базы на основе растительной схемы.

На общей площади из расчета 82 м² на одного человека выращивается зеленая масса, требующая 190 кг воды и 2354 г двуокиси углерода в сутки. Эта искусственная плантация может обеспечить 615 г сухого веса пищи и 917 г сухого веса несъедобной массы в день на человека с побочным выходом 1712 г кислорода, который может поступать в общую систему жизнеобеспечения лунной базы.

В продолжение темы: материалы об обнаружении воды на Луне

Ученые нашли воду в мантии Луны

10 июля 2008 г.

Группа американских ученых под руководством Эрика Хаури (Erik Hauri) из института Карнеги обнаружила воду в образцах лунного вулканического материала. Открытие ученых ставит под сомнение теорию возникновения Луны и является косвенным подтверждением того, что на полюсах могут находиться залежи льда. Работа опубликована в журнале Nature.

Для исследования применялась техника для обнаружения мельчайших порций воды, разработанная Эриком Хаури и называемая косвенной ионной масс-спектрометрией (secondary ion mass spectrometry - SIMS). Предыдущие методы не позволяли обнаружить концентрацию воды меньшую, чем 50 частей на миллион. Чувствительность же метода ионной спектрометрии в десять раз выше.

Образцы лунного вулканического материала были доставлены на Землю в 70-х годах прошлого века в рамках программы "Аполлон" ("Apollo"). Они представляют собой маленькие шарики вулканического стекла. Их возраст составляет около трех миллиардов лет.

Как показали исследования, в образцах содержится в среднем 46 на миллион частей воды. Внутри она распределена неравномерно. Большая ее часть (95 процентов) содержится в центре шариков. Ученые объясняют такое распределение воды тем, что сразу после извержения часть ее испарилась в космическое пространство. При этом вода, близкая к поверхности капли испарялась быстрее. Построив математическую модель остывания образцов, ученые пришли к выводу, что содержание воды в горячей магме до извержения составляло 750 частей на миллион. Для сравнения: в земной мантии содержится от 500 до 1000 на миллион частей воды.

Как считают ученые, часть воды, испарившейся во время извержения, ушла в космическое пространство, а часть осела обратно на поверхность. Расчеты показывают, что большую долю воды отнесло к полюсам Луны. Только там, в неосвещаемых кратерах, могут существовать возможные залежи воды в виде льда, поскольку во время лунного дня поверхность прогревается до температуры свыше 100 градусов по Цельсию. До этого считалось, что источником льда на Луне могут служить только кометы и астероиды.

Открытие также ставит под сомнение одну из современных теорий возникновения Луны. Считается, что она образовалась в результате столкновения Земли с космическим телом, размером с Марс. В результате большая часть легкоиспаряющихся веществ должна была улетучиться. В частности, к таким веществам относится вода. Однако большое ее количество в мантии указывает на то, что Луна образовалась по-другому.

Источник: Lenta.Ru

 

Луна скрывала от людей огромные объемы воды

15 июня 2010 г.

Луна может содержать в сотни раз больше воды, чем считалось до сих пор. К такому выводу пришел коллектив ученых после анализа привезенной на Землю лунной породы, а также метеоритов лунного происхождения. Ученые работали с образцами лунного грунта, доставленными в ходе миссий «Аполлон», а также найденными в Африке метеоритами. Для оценки содержания воды специалисты использовали метод вторичной ионной масс-спектрометрии (secondary ion mass spectrometry - SIMS). По итогам проведенных анализов исследователи заключили, что лунная порода содержит большое количество воды и/или ее «остатков» - гидроксильных ионов OH-. По оценкам авторов, их содержание может составлять от 5 до 64 частей на миллиард частей. Это на два порядка больше принятых на сегодня оценок содержания воды на Луне (около 1 части на миллиард частей и даже меньше).

Исследователи подсчитали, что если извлечь всю «спрятанную» в лунном грунте воду и разместить на поверхности земного спутника, то она образует слой толщиной около одного метра. Для сравнения, такая же операция на Марсе приведет к появлению слоя воды толщиной 1,5 километра, а на Земле - 250 километров.

Источник: Lenta.Ru

 

Специалисты подтвердили наличие воды в привезенных с Луны минералах

22 июля 2010 г.

Специалисты подтвердили наличие «остатков» воды в образцах лунной породы, привезенных на Землю в 1971 году в рамках миссии «Аполлон». Ученые исследовали собранные на Луне апатиты при помощи метода масс-спектрометрии вторичных ионов - они «обстреливали» образцы потоком так называемых первичных ионов, которые выбивали из породы вторичные ионы. Определяя их количество и массу, ученые могут делать выводы о химическом составе изучаемого образца.

Авторы новой работы исследовали содержание в лунных камнях водорода, хлора и серы. Они заключили, что по составу апатиты с Луны очень напоминают земные минералы. Единственное значительное отличие касалось содержания в лунной породе воды - исследователи установили, что апатиты со спутника содержат около 1,6 тысячи частей на миллион частей гидроксильных ионов OH-. При нагреве эти ионы могут «отрываться» от породы и, соединяясь с водородом, давать молекулы воды.

Ученые отмечают, что полученные ими данные должны быть дополнительно подтверждены.

Источник: Lenta.Ru