Полезные ископаемые на Луне
Полезные ископаемые на Луне.
Колонизация соседних небесных тел — задача на далёкую перспективу. Существует множество объективных и субъективных сложностей на этом пути. Но присматриваться к их богатствам и возможностям имеет смысл уже сейчас. Один из наших юных читателей прислал нам заметку о полезных ископаемых на Луне и возможностях их использования.
Луна — единственный естественный спутник Земли. Из-за относительно небольшого расстояния она является потенциальным объектом для добычи полезных ископаемых, а в дальнейшем и колонизации. Мысли об освоении Луны появились очень давно, но раньше (и частично сейчас) планы людей ограничивало слабое развитие технологий и малое количество ресурсов.
Перед тем как начать говорить о развертывании горнодобывающей промышленности на нашем спутнике, следует уяснить для чего нужно развивать горное дело на Луне. Учитывая, прежде всего, те огромные затраты, которые требует этот проект, нужно быть уверенным, что он в принципе окупится. Освоение планет и астероидов для людей неизбежно, ведь нельзя забывать про то что полезные ископаемые Земли не бесконечны, а нужда в них с освоением новых мест, новыми технологиями и ростом населения будет с каждым годом ощутимее.
Выгода разработки недр других небесных тел — в больших залежах чистых, высоко концентрированных полезных ископаемых. Главная проблема в данном случае — способы добычи и перевозки добытого и обработанного. Поэтому наши планы будут оставаться розовыми мечтами до создания эффективных двигателей и топлива для кораблей. Но об этом стоит подумать в следующий раз.
Что будем добывать?
Основные вещества, которые имеет смысл добывать на Луне — это алюминий, кальций, титан, а также гелий-3. Остановимся на каждом из них по отдельности.
Алюминий — легкий конструкционный металл, хороший проводник. На Луне он встречается достаточно часто, настолько что может даже применяться в качестве горючего. При этом на Земле алюминий представляет собой стратегическое сырьё для авиационой промышленности и ряда других отраслей. Впрочем, для Луны он в качестве конструкционного материала не годится — так как плохо выдерживает огромные перепады темератур. На Луне алюминий встречается в весьма удобной для переработки форме — анортите(СаАl2Si2O8). Это отличный вариант алюминиевой руды, выгодный экономически. По крайней мере, на Луне.
Имеет экономический смысл и использование побочного продукта добычи алюминия из анортита — кальция. Чистый кальциевый металл считается отличным проводником, но не используется на Земле в данном ключе из-за мгновенного сгорания в кислороде. На Луне в её бескислородной среде кальций ведёт себя как самый настоящий лёгкий металл: Его легко формовать, обрабатывать, экструдировать в проволоку, прессовать и забивать. На Земле, впрочем, соединения кальция применяют в основном для изготовления строительных материалов.
Титан — металл, отличающийся прочностью и легкостью, он широчайшим образом используется в аэрокосмический отрасли. На Луне этот металл по большей части встречается в виде химического соединения ильменит (FeTiO3). В значительных количествах он был обнаружен в Аполлонской низменности, а поскольку ильменит на Земле встречается в относительно небольших количествах, добыча его на Луне выглядит заманчиво.
Но главное, ради чего стоит развивать горнодобывающую промышленность — это гелий-3. Этот изотоп может стать прекрасным топливом для ядерной энергетики, на которой и будет работать Лунная промышленность.
Даже если мы сможем наладить хороший транспортный канал от Луны до Земли, перевозка сырых лунных полезных ископаемых будет обходиться неоправданно дорого. Земные законы экономики тут никуда не исчезают. Так что следует озаботиться переработкой добытых ископаемых прямо на месте. Однако для создания промышленности на Луне есть немало сложностей, которые, впрочем, не являются непреодолимыми.
На сегодняшнее время нам ещё далеко до полной автоматизации горного дела. Так что если мы займёмся разработкой лунных богатства, то придётся подумать о создании там приемлемых условий для жизнедеятельности людей. А это порождает целое множество вопросов — как строить жилье? Как производить пищу? Ситуацию в известной мере упрощает обилие потенциальных энергоресурсов, с помощью которых можно будет обеспечить жизнедеятельность человека в жёстких лунных условиях, а также создать автоматизированные фермы для производства пищи. Ведь на Луне есть отличные условия для развития как солнечной, так и ядерной энергетики.
Конечно, наши планы могут показаться бредом свалившегося с Луны. Но история знает немало примеров безумных замыслов, которые не только воплощались на практике, но и становились обыкновенной частью повседневности.
Какие полезные ископаемые можно добывать на Луне
Трамп заявил о планах США по добыче на Луне полезных ископаемых. Давайте разберемся, стоит ли овчинка выделки. Иначе говоря, какие полезные ископаемые есть на Луне?
Для начала, сразу отбросим нефть. Она требует органики, а жизни на Луне никогда не было (пока даже под вопросом, ступала ли живая нога в 1969 или это искусно снятое кино?). Минералы же требуют более масштабных геофизических процессов, которых нет на Луне. Поэтому речь пойдет о более простых элементах.
В 2024 году американцы снова хотят высадиться на Луну. В проект будет вложено 35 млрд долларов. Деньги надо отбивать.
Сейчас в отношении космоса действуют правила, принятые ООН в 1979 году. Согласно резолюции, космос является всеобщим достоянием. Даже Зимбабве может претендовать на свой лунный участок. Если сумеет построить ракету, разумеется.
Содержание:
Из чего состоит лунный грунт
Советские луноходы доставили с Луны грунт из разных мест. Как показали исследования, лунный грунт богат кислородом, из-за этого много элементов существует в виде оксидов.
Больше всего в лунном грунте кремния. Этим Луна похожа на Землю — кремний составляет до 30% и земной коры. Затем идут алюминий и кальций. Алюминий добывать на Луне и привозить на Земню — не самая экономически мудрая идея. Возможно, в будущем алюминий понадобится для организации производства на самой Луне.
На следующем месте — железо. Из особо ценного — титан. В некоторых частях содержание титана в разы превосходит земной грунт. Титан — ценный металл, ведь он сравним по прочности со сталью, только в полтора раза ее легче. И не ржавеет.
Но, в целом, никаких сюрпризов — состав лунного грунта очень близок к земному. На 20% он больше насыщен алюминием, чем земная кора. Зато чуть меньше железа. Собственно, идентичность базовых элементов в составе коры логична — Луна, по мнению современных астрофизиков, откололась от Земли в свое время.
Какие полезные ископаемые есть на Луне
Гелий для термоядерных реакций. А точнее — изотоп гелий-3. Вот это реально тот элемент, за который стоит бороться. Он необходим для термоядерных реакций. Когда два ядра гелия-3 сталкиваются, образуется гелий-4, а энергия уходит в виде фотонов и ее можно использовать.
Если совсем кратко — в будущем атомная энергетика будет работать подобно реакциям на Солнце. Идеальная экология, на выходе — никаких вредных отходов, как сейчас от урана в атомной энергетике.
0,02 грамма гелия-3 даст столько же энергии, сколько 1 баррель нефти. Всего 40 тонн этого вещества с лихвой хватит, чтобы обеспечить США энергией на год. Ничего сравнимого по эффекту с таким КПД до сих пор на нашей планете не существовало! Примерный запас гелия-3 на Луне — 10 млн тонн. Хватит, чтобы США были обеспечены энергией на 250 тысяч лет. К слову сказать, аналогичные оценки для России — примерно 20-30 тонн.
Одна проблема — гелий-3 получается довольно дорогой и редкий на нашей планете. У нас он быстро рассеивается из-за атмосферы. А на Луне гелий-3 накапливается миллиарды лет. Собирается он из солнечного ветра. Содержание гелия в лунном грунте примерно в 100 раз больше, чем на нашей планете.
Кроме нехватки гелия-3 нет еще и термоядерных электростанций. Пока все реакции проходят в лабораторных условиях. Но, скорее всего, создание термоядерной энергетики — дело недалекого будущего.
Могут ли быть на Луне драгоценные металлы?
Могут! Хотя залежей и не нашли. Но здесь нужно пару слов сказать о том, откуда берутся драгоценные металлы.
Золото, платина да и все, что в таблице Менделеева тяжелее железа, не может появиться в недрах планеты или даже звезды. Такие металлы рождаются только во время столкновения крупных звезд, взрывом сверхновых и образованием нейтронных звезд. И после этого метеориты, как брызги после взрыва, разносят эти материалы по всей галактике.
4 млрд лет назад Землю буквально расстреливали метеоритами, которые и принесли много ценных элементов. Луне тоже регулярно достается поэтому с уверенностью можно сказать — что-то из драгоценных металлов там точно найдут. С другой стороны, затраты по добыче точно не окупятся, в отличие от перспективного гелия-3.
Как еще можно использовать Луну
Другие полезные варианты использования нашего спутника — дело среднесрочной перспективы. В ближайшие десять лет — вряд ли, а до конца века — весьма вероятно. Итак, что еще можно сделать полезного в рамках колонизации Луны.
Энергия. Ее тут много!
Пожалуй, самое главное — это энергетика. И это даже отбросив пока полуфантастический сценарий с гелием-3. Просто на Луне — идеальная дешевая солнечная энергия.
Немного интересной математики. По рассчетам американских энергетиков, чтобы произвести 1 петаватт энергии, на Луне нужно построить комплекс, который стоит 200 трлн долларов.
Чтобы выработать 1 петаватт на Земле, комплекс солнечной энергетики будет стоить уже 8000 трлн долларов! Получается, Луна для добычи энергии в 40 раз выгоднее Земли.
Производство.
В сочетании с дешевой энергией здесь нет кислорода в виде газа в атмосфере. Весь кислород мертвым грузом лежит в лунной грунте. А кислород из-за окисления часто вредит производству. Особенно сложно производить микросхемы и сверхчистые сплавы. Приходиться возиться с каждым элементом и выпускать небольшими порциями, а на Луне — идеальные условия для производства в промышленных масштабах.
Наука.
Здесь можно размещать научные базы. Наблюдать за космосом из лунных обсерваторий эффективнее, чем с земных — не мешает атмосфера.
Что же касается Трампа. На мой взгляд, это неудачный пиар-ход. В США ситуация острая, бушует эпидемия, Трамп ссорится с ВОЗ. Надо исправить имидж перед народом. И никто, конечно, не даст США монополию на Луну. США пока на Земле и им придется считаться с интересами всего человечества.
Хотя…может быть они лучше снимут про это кино? В 1969 году же получилось.
Колонизация Луны и добыча там гелия-3? Пока это фантастика из далекого будущего
Проблема современного мира — обилие обещаний и прогнозов, которые слишком часто не сбываются, и проектов, сроки выполнения которых постоянно переносятся. А потом все благополучно забывают о сказанном. Это касается всех сфер — от обещаний «светлого будущего» и высоких зарплат до технологических прорывов. И космоса. «Через тернии к звездам» пока не получается, зато есть Луна и Марс, до которых при большом желании можно добраться.
Естественный спутник Земли особенно привлекателен: он совсем недалеко — всего за 384 тыс. километров (это среднее расстояние, так как небесное тело перемещается вокруг нашей планеты по эллиптической орбите), что по космическим меркам ничто. Луна может выступить плацдармом для более дальних пилотируемых путешествий, однако для этого ее нужно «немного колонизировать».
Кроме роли космодрома, спутник нашей планеты называют источником невероятных богатств — точнее, теоретического энергетического ресурса в виде гелия-3. Его добыча на Земле не слишком безопасна (да и в «живом» виде его на нашей планете почти нет), а после старта программы ядерного разоружения она усложнилась еще больше.
Согласно теории, гелий-3 можно использовать в качестве компонента ядерного топлива, способного обеспечить энергией всю планету на долгие-долгие годы вперед. В настоящее время это не более чем футуризм из-за существующих технологических ограничений и полной экономической нецелесообразности создания подобных энергетических установок. Может, со временем ситуация изменится.
Менее десяти лет назад российские ученые начали активно продвигать лунный гелий-3 (вторым основным компонентом называют дейтерий) в качестве топлива, которое обеспечит Землю энергией на ближайшие L веков. Тогда высказывалось предположение, что на спутнике, по самым осторожным прикидкам, можно добыть 500 тыс. тонн этого стабильного изотопа гелия.
Всего 1 тонна гелия-3 плюс 670 килограммов дейтерия высвободят энергию, эквивалентную сгоранию примерно 15 млн тонн нефти, говорил заведующий отделом исследований Луны и планет Государственного астрономического института МГУ имени Ломоносова Владислав Шевченко. Звучало это прекрасно и перспективно, однако вопрос создания лунной базы, развертывания там добычи и доставки материалов и топлива туда-обратно упоминался лишь вскользь.
Тогда же «Роскосмос» объявил конкурс, победитель которого занялся бы проектированием ракеты-носителя тяжелого класса, способной доставить на траекторию полета к Луне пилотируемые корабли. А там не за горами и отправка тяжелых грузов для возведения форпоста человечества.
Еще несколько лет идея заселения и разработки околоземного пространства активно обсуждалась, звучали планы закрепиться на Луне к 2030 году. Тогда же вице-премьер Дмитрий Рогозин заявил, что спутник Земли является ближайшим источником «внеземного вещества, полезных ископаемых, минералов, летучих соединений, воды». Сообщалось, что «Роскосмос» уже ведет разработку проекта долговременной лунной базы, заимствуя часть идей у советских ученых (но в последние несколько лет об очевидных прорывах в этом направлении не рассказывали: денег нет).
Вероятно, речь шла о «Звезде», которую называли наиболее проработанным проектом лунной базы.
Он разрабатывался в 1960—1970-х годах. Тогда идея освоения космоса казалась романтической и одновременно необходимой из-за холодной войны СССР с США. Не исключено, что «Звезда» стала ответом на американские программы Project A119 (отправка на Луну атомной бомбы для изучения состава выброса грунта, а кратер после взрыва можно использовать как посадочную площадку), а также Lunex и Project Horizon.
Вряд ли в то время существовали какие-то сверхчеткие цели колонизации Луны. Отчасти это был исследовательский интерес, но главное — показать, «кто лучше», а успешная миссия Apollo подогрела оптимизм — по крайней мере у американцев.
Это была своего рода игра в «я первый». Кроме славы, победитель получал возможность пострелять сверху по условному врагу (к счастью, позже космическую агрессию запретили). Огромные средства тратились на подпитку государственного эго без реальной выгоды для граждан и человечества. В то же время именно благодаря этой гонке в космические программы вливали астрономические же суммы, а без них развитие технологий могло пойти иным путем.
В 1980-х идея колонизации Луны утихла с одновременным снижением финансирования таких проектов, безжизненный шарик давно никто не посещал. NASA, например, забросила его ради программы Space Shuttle, а СССР было не до того.
В новом веке такая близкая и одновременно далекая Луна вновь стала объектом интереса — по ряду причин: как стартовая площадка для дальних путешествий и как источник гипотетической энергетической безопасности Земли.
Луна хороша возможностью обеспечить быструю связь, доставку материалов — осталось только возвести там базу. В идеале перед этим надо было бы найти достаточное количество воды. Ее заметные следы обнаружены, а проверить «источники» должны во время масштабной по количеству участников программы Artemis, которой заведует NASA. Если ее не отложат или не отменят. Тогда у кого-то еще получится.
Пищу придется завозить с родной планеты. Когда-то, может, появится местная гидропоника. И это при условии, что лунная вода имеется, ее достаточно, ее можно добыть и она в принципе пригодна для нужд человека. В противном случае в список очень дорогостоящих «покупок» добавится живительная влага. В NASA 30 лет назад описали концепт лунной фермы, способной прокормить 50 человек. Но ее площадь — один гектар. Это не картофельная плантация Марка Уотни.
Еще предстоит научиться использовать местные материалы для постройки жилищ. Но не исключено, что их придется бурить в грунте кратеров или обустроиться в лавовых трубках — к примеру, из-за отсутствия атмосферы здесь очень жарко на солнце и жутко холодно в тени. И придется бороться с радиацией: только в фильмах можно бродить днями на другой планете под палящим Солнцем, а также бомбардировкой метеоритами. Для защиты сойдет реголит, а несколько лет назад компания TeamIndus предложила для защиты электромагнитный щит (впрочем, с тех пор от индийского стартапа ничего не слышно).
Существуют концепты и надувных модулей (еще в 1954 году идею озвучил фантаст Артур Кларк). Такие описывает одна из инициатив (с поддержкой ученых NASA и ESA), которая представила свою концепцию лунного поселения. Проект носит название Moon Village. Его участники описывают базу, состоящую из надувных блоков, в которых разместятся рабочие зоны, жилье, лаборатории, производство и так далее. Модули предлагают защитить панцирями, созданными роботами по принципу 3D-печати как раз из лунной породы.
Тем не менее специалисты лелеют концепцию получения всего необходимого именно in situ (лат. «на месте»), опуская вопрос создания промышленного сектора только на Луне.
А еще остаются воздух и энергия для обеспечения жизни колоний и отправки кораблей. Добыча и использование лунного гелия-3 еще долго будут фантастикой, а из-за длинных ночей солнечные батареи придется размещать в строго отведенных местах небесного тела.
Гелий-3 еще считают (немного) перспективным, но все чаще озвучивается теория, согласно которой эффективнее будет добывать воду — она также понадобится для выпуска топлива непосредственно на Луне для полетов еще дальше.
В 1986 году американские ученые подсчитали, что энергии, вырабатываемой реакцией гелия-3, окажется в 250 раз больше, чем будет затрачено на его добычу и доставку на Землю. Критики покачали головами: «Кто будет контролировать добычу, заработает миллиарды!» Прошло более 30 лет — ни энергии, ни миллиардера. Да и лунного гелия-3 тоже нет. Наверное, потому, что технологии его добычи не существует, неизвестно, как получить от него отдачу, нет и подходящих реакторов. Говорят, такие появятся еще лет через 25, если кто-то придумает его реальную конструкцию.
Согласно нынешним прогнозам, лунная база появится не ранее 2030 года, однако, как показывает история, шансы на это невелики. Более реалистичные планы указывают на 2040-е. Решение «лунных вопросов» наверняка поможет в создании новых прорывных технологий, которые пригодятся на Земле.
Вопрос в другом: не повторится ли история, когда начинание окажется неподъемным из-за недостатка ресурсов? А без Луны, вероятно, и Марса нам не видать. И Юпитера, где гелия-3 хоть отбавляй. К нему полетим на ионных двигателях.
Богатства Луны
Чем полезен землянам их единственный спутник?
Луна — самый заметный объект на ночном небе. Он также считается самым изученным и единственным, на поверхность которого ступала нога человека. Но мы не можем сказать, что знаем о Луне все. Часть своих тайн она по-прежнему не раскрыла. Как появилась луна? Чем она богата и чем может быть полезна человечеству?
Поверхность луны
Мы знаем, что под нашими ногами находится многометровая толща различных пород – известняков, глин и так далее. Но на Луне все совсем по-другому. Здесь нет и не может быть осадочных горных пород. Поверхность спутника полностью покрыта смесью мелкообломочного материала и тонкодисперсной пыли, которая образовалась в результате метеоритной бомбардировки. Все это можно назвать реголитом или «лунным грунтом». Толщина этого слоя может достигать нескольких десятков метров.
Интересный факт: по своему запаху реголит напомнил астронавтам аромат пережженного кофе.
Американцы уже доставили на Землю свыше 300 килограммов реголита с разных участков поверхности Луны. После тщательных исследований грунта выяснилось, что он полностью обезвожен. Также ученые отследили в его составе базальты и плагиоклазы практически аналогичные земным.
Полезные ископаемые на Луне
На Луне нет ни атмосферы, ни органической жизни, а это значит, что на ней невозможно формирование биогенных ресурсов (нефть, уголь, природный газ). Но наш спутник богат различными металлами:
Также в составе лунного грунта найдены калий, натрий, кремний и фосфор.
Все лунные породы и минералы ученые поделили на три группы:
Очень важным открытием также стали внушительные запасы воды в виде льда. В общей сложности около 1,6 млрд. тонн.
Гелий – 3
Но, пожалуй, наиболее главным и перспективным ископаемым является изотоп Гелий-3. Ученые рассматривают его как термоядерное топливо и считают, что добыча этого ископаемого в ближайшем будущем решит проблему энергетического кризиса на Земле. Именно поэтому в научных кругах его нередко называют «горючим будущего». На Земле изотоп гелия встречается крайне редко. Ученые оценили все его запасы на нашей планете не более чем в одну тонну. Один грамм Гелия-3 может заменить до 15 тонн нефти. Следовательно, стоимость 1 грамма данного вещества равна одной тысяче долларов.
Проблема в том, что в тонне реголита (лунного грунта) содержится всего лишь 10 мг ценного топлива. Именно поэтому будет нелегко осуществлять добычу Гелия-3 на поверхности Луны.
Но все же определенные проекты уже разрабатываются. Америка, например, планирует добывать лунный лед с целью производства на его основе топлива для космических кораблей. Китай заинтересован редкоземельными элементами, содержащимися в лунной коре. Для этого китайские ученые планируют основать на Луне исследовательскую базу. А Роскосмос в свою очередь планирует создать к 2025 году серию роботов для добычи полезных ископаемых на луне.
Полезные ископаемые на Луне: проекты по добыче и перспективы развития отрасли
Даже сегодня, когда миллионные бюджеты вкладываются в космические программы, добыча полезных ископаемых на Луне и не только (к примеру, на астероидах), звучит, как искусная фэнтезийная зарисовка. Однако современные учёные проводят многочисленные опыты и разработку в этой сфере.
У добычи полезных ископаемых на Луне очень много аспектов и задач, которые зачастую требуют изобретательности и нестандартного подхода. Будущим «космическим» горнякам, видимо, предстоит осваивать все тонкости добычи полезных ископаемых в недрах луны.
Открытым остаётся вопрос – есть ли смысл организовать добычу минералов, металлов и других ископаемых и какие именно из них могут активно разрабатываться в крайне нестандартных условиях.
В данном контексте учёные выделяют два типа ископаемых, которые они планируют извлекать из лунных недр. Первый – ископаемые, которые задействуются локально, прямиком на местах добычи. Второй – породы, которые транспортируются на земную поверхность.
К числу первых можно отнести водные источники и конструкционные составляющие. Водная масса посредством электролиза будет раскладываться на O и H2. Их можно использовать в качестве источников топлива космических аппаратов и прочей важной техники. Во вторую категорию входят газовые массы и редкие типы металлов. Среди этих веществ одним из важнейших считается гелий-3. В перспективе он может стать важным источником сырья в термоядерном синтезе.
Насколько будет окупаться добыча полезных ископаемых на Луне, можно понять, определив стоимость, технические издержки и возможности транспортировки полезных ископаемых к зонам использования в сравнении с аналогичным обслуживанием на Земле. Схожие моменты учитываются также и при разработке месторождений на нашей планете.
Безусловно, доставка сотен тонн рабочего топлива с Земли к Луне будет весьма дорогим и сложным мероприятием. Именно поэтому учёные думают над тем, какой вид топлива можно добывать и применять локально. Таким образом, неясно, станет ли мероприятие по добыче полезных ископаемых 2-й категории рентабельным в целом.
Отдельные исследования показывают, что разработка платино-металлических руд способна покрыть такие убытки. Однако эта идея всё ещё остаётся под вопросом. Сегодня отдельные весьма крупные предприятия частного типа планируют лунную разведку, а также разработку минеральных и металлических руд на астероидах в обозримом будущем. Вместе с тем активно обсуждаются и разрабатываются планы по освоению и добыче минералов и железных руд на земном спутнике.
Одна из крупных организаций, которая планирует осваивать минеральные богатства Луны – Planetary Resources. Её основатель ранее имел дело с космическим туризмом и был главой компании Space Adventures. В качестве со-основателей первой компании по добыче полезных ископаемых вне земных условий стали Л. Пейдж И Дж. Кэмерон. 1-й склад топлива для освоения космической разработке минеральных и металлических руд компания пообещала организовать к 2020 году.
Сегодня организация уже запустила пару тестовых спутниковых телескопа на орбиту нашей планеты. Их основная задача технологическая демонстрация космических разведывательных технологий. Ещё одно крупное предприятие, принимающее активное участие в освоении добывающей космической отрасли – DSI. Это частная организация из США, которая заручилась правительственной поддержкой ещё в 2013 году. По заверению её руководителей, активный поиск и добыча H2O, а также ценных металлов станет возможной уже к 2023 году.
Какие небесные полезные ископаемые планируется добывать?
На Луне в настоящее время обнаружены такие элементы, как титанат железа, а также силикаты щелочных металлов и железа. Как уже было сказано, планируется разведка и добыча воды из Лунных недр.
Среди астероидов существует три основных типа, на которых содержится достаточно количество определённых полезных ископаемых, планируемых к добыче. Так, на астероидах типа C планируется добыча воды, органики и углерода. Астероиды типа М богаты металлами платиновой группы, а также никелем и железом. Наконец, астероиды категории S интересны наличием в их недрах силикатов различной природы и консистенции.
Примечательно, что уже существуют технологии, позволяющие добывать материалы с комет и астероидов. Однако они ещё далеки от совершенства и активно развиваются в настоящий момент.
Stardust – одна из миссий по доставке образцов грунтовых внеземных веществ. Сопутствующий её проект Хаябуса также нельзя назвать масштабным, а потому для добычи полезных ископаемых в более ли менее серьёзных промышленных масштабах.
Среди более перспективных космических проектов по добыче полезных ископаемых можно выделить миссии зонда NER-Shoemaker, который совершил мягкую посадку на астероид. Однако транспортировка полезных ископаемых из космоса на Землю – далеко не единственная проблема, с которой столкнутся будущие космонавты-добытчики. Какие же ещё нюансы существуют? Взглянем на них подробнее.
Низкая гравитация – как с ней быть?
Согласно заявлениям директора Горного института при научном центре РАН, буровой станок будет подвержен существенному осевому давлению, и в лунных условиях это закономерно приведёт к подъёму самой установки, нежели к бурению. Неэффективными окажутся и классические экскаваторы, которые в условиях низкой лунной гравитации при заборе грунта будут отъезжать от места забоя вследствие мощной напорной силы.
Однако современные учёные уже нашли достаточно простое решение этой проблемы. Целесообразным становится использование анкерных креплений. С их помощью горнодобывающее оборудование будет стационарным, фиксированным, а, следовательно, устойчивым к эффектам на Луне, описанным выше. С другой стороны, крепление к лунному грунту (реголиту) – тоже не самая простая задача, поскольку о его свойствах на данных момент известно немногое.
Износ оборудования – как снизить его до приемлемого минимума?
Итак, лунные шахтёры будут работать с лунным реголитом. По сути это мелкодисперсная субстанция с прекрасными абразивными показателями. Таким образом, любые бурильные установки будут достаточно скоро изнашиваться при активной работе. Примечательно, что замена бура на Луне – задача не из простых.
Поэтому работа с лунным реголитом требует нестандартного подхода в заборе местного грунта. Один из важных нюансов – материал лунной поверхности имеет определённый электрический заряд. Это обусловлено тем, что на протяжении многих тысяч лет лунная быль была подвержена бомбардировке заряженными частицами солнечных ветров. Таким образом, на поверхности земного спутника накопилось достаточное количество заряда.
Это означает, что в теории забор грунта возможен с использованием свойств электромагнитного поля. Сотрудник Горного института НИТУ говорит о том, что заряженные частицы реголита имеют свойство плотно прилипать к любым предметам и поверхностям. А основании этих данных можно создать, например, машину-крот, которая будет проходить сквозь грунт и во время бурения всасывать его в себя наподобие пылесоса.
Однако сам факт прилипания потребует наличие некоего заборного отверстия, которое не будет забиваться. Примечательно, что уже проводился ряд практических испытаний внеземных горнодобывающих станций. Для этого были созданы специальные плазменные установки, формирующие аналог лунного реголита из земных материалов, с которыми могут работать и испытываться эти станции.
Отсутствие атмосферы – как быть с этим фактором?
Если учесть, что добычей полезных ископаемых на Луне будет заниматься роботизированная металлическая техника, отсутствие атмосферных условий могло бы оказаться на руку. В этих условиях отсутствуют факторы, вызывающие коррозию металлических запчастей. Однако это лишь одна сторона вопроса.
Если представить себе добычу воды лунными шахтёрами, то в отличие от Земли, где вода легко конденсируется и в широком диапазоне температур остаётся твёрдой/жидкой, то при отсутствии атмосферы она будет подвергаться сублимации. При этом водные частички будут мгновенно улетучиваться при нагреве. Если учесть, что водная сублимация происходит при температуре 160 о С.
Таким образом, согласно расчётам учёных, активные способы механического бурения будут приводить к существенным топливным потерям. В стремлении решить эту проблему, они стали разрабатывать технику холодного бурения. Она предполагает, что в процессе работы бура с грунтом, соприкасающиеся поверхности не подвергаются сильному нагреву.
Благодаря смене конфигурации буровых наконечников при помощи магнитного поля сокращается фактор трения, что приводит к существенному снижению нагрева в процессе бурения.
Согласно словам научного деятеля Анне Плотниковой, занятой разработке этой техники, нагрев происходит вследствие трения. Лунный грунт имеет свои особенности. Солнечные ветры непрерывно ионизируют и имплантируют заряды Таким образом, почва на луне отличается аномальным коэффициентом трения, который превышает общепринятую единицу. Принцип работы сводится к тому, что после удара бур прокручивается. В момент удара контакт инструмента с породой минимизируется. При этом практически исключается трение. Ударная техника позволяет откалывать породы, без их срезания.
Примечательно, что уже в 2016 году методику извлечения водных запасов на Луне успешно отработали благодаря технике грунтового нагрева при помощи аппарата типа CubeSat. Испытания проводились с использованием имитации лунного реголита. В качестве заборного элемента был использован пустой изнутри конус, на поверхности которого проделано большое количество отверстий. Также на поверхности присутствуют нагревательные элементы, которые способствуют высвобождению даже химически связанных источников воды, к примеру, воду в форме гидроксиодов или кристаллогидратов.
Ещё один проблемный аспект – отведение тепла от нагревающихся рабочих элементов в вакууме. Прямая воздушная теплопередача на Земле хорошо справляется с этой задачей. В условиях космического безвоздушного пространства учёные придумали отводить тепло в виде излучения.
Вопрос концентрации собранных пород
Любые полезные ископаемые второй категории, которые нуждаются в транспортировке, не нуждаются в доставке на Землю в форме руд. Для экономии топлива целесообразно снабдить космический добывающий комплекс отдельной линией концентрации добытых грунтовых пород и материалов.
Одним из наиболее перспективных рабочих подходов в решении этого вопроса считается метод испарения и очистки руды посредством «флеш металлургии». После рудного испарения образуется облако плазмы, состоящее из ионизированных атомных частиц. Такие структуры разделяются магнитными полями для извлечения конкретных, только необходимых веществ. Это достаточно энергоёмкий технический процесс, однако благодаря его применению есть возможность получать максимально чистые металлы.
Корпорация DSI планирует использовать для добычи усложнённый и более совершенный вариант этой методики. Её представители ранее заявляли о том, что испарение металлов будет использоваться для деталей и комплектующих, собранных методом 3D-печати, непосредственно на месте добычи.
Лунный грунт богат магнитными материалами. К их числу можно отнести титанат железа, а также ильменит. Наличие таковых позволяет задействовать уже существующие методы магнитной рудной сепарации.
Когда состоятся первые миссии по разработке и добыче полезных ископаемых на Луне?
Уже не единожды были названы самые разные сроки. Согласно вышеупомянутым DSI и Planetary-Resources, добыча полезных ископаемых на космических объектах типа астероидов и Луне планировались в 2020 году. В настоящее время у этих компаний стали появляться конкурирующие структуры в лице таких компаний, как Aten-Engineering, которую возглавил бывший сотрудник NASA.
По его мнению, первые пробы пера на почве добычи полезных ископаемых на Луне реальны в ближайшие 20 лет. Сама же промышленно-добывающая космическая отрасль в целом получит активное развитие в течение ближайшего полувека. Помогать с добычей ресурсов на астероидах планируют и китайские аэрокосмические научно-технические компании. Китайцы планируют заняться разработкой этой отрасли к 2040 годам.
Хочется отметить, что металлы платины, которые находятся вне пространства Земли, присутствуют не только на космических объектах типа астероидов. Околоземная орбита богата многочисленными космическими обломками и прочими сравнительно небольшими телами. К таковым можно отнести вышедшие из строя спутники, ракетные ступени, а также их обломки, которые образовались после столкновения. В настоящее время космические компании в международных масштабах планируют организовать сбор этого потенциально «полезного» околоземного космического мусора.
Это говорит лишь о том, что лунные проекты могут отойти на второй план в ближайшей перспективе, поскольку целесообразно привезти на Землю в качестве первых ценных ресурсов из космоса осмий, иридий, золото и т.п., которые само человечество некогда запускало в космическое пространство.
