Луна зовет

Вслед за конкурсом на создание самого лёгкого и прочного троса для космического лифта (“Русский базар” недавно рассказывал об этом в статье “В космос на лифте”) Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства – NASA пообещало выплатить очередные четверть миллиона долларов изобретателю лучшей технологии добычи кислорода на Луне. Приз Moon Regolith Oxygen Challenge (MoonROx) получит тот, кто до 1 июня 2008 года продемонстрирует установку весом не более 25 килограммов, способную за 8 часов произвести как минимум 5 килограммов кислорода из земного аналога лунного грунта.

Пережив свой триумф во время полетов американских “Аполлонов” и советских автоматических станций, лунные программы не выдержали напора разразившегося в космосе прагматического бума. Все внимание и средства космических агентств стали поглощать орбитальные пилотируемые станции и спутники для исследования природных ресурсов Земли, навигации, военной разведки, геодезии, радио- и телевизионной связи...
Но прошли годы, и именно практические заботы вновь заставили вспомнить о ночном светиле. А непосредственным поводом к этому ренессансу послужила назревающая необходимость использовать Луну в качестве промежуточного космодрома для запуска тяжелых спутников - работающих в невесомости орбитальных заводов, мощных солнечных электростанций, систем зеркал для освещения Земли, многоцелевых научных космических лабораторий... Ведь грузоподъемность ракет, стартующих с небесного тела, обладающего в шесть раз меньшим притяжением, чем наша планета, намного возрастет. Поэтому доставка в космос тех же грузов с Луны обойдется в 20-30 раз дешевле. Расчеты специалистов показывают, что без привлечения лунных ресурсов осуществить такие проекты вообще вряд ли удастся.
Уже на следующий день после полета первого космонавта Земли Юрия Гагарина академик Сергей Королев, носивший тогда таинственное имя Главного конструктора, писал: “Организация на Луне постоянной научной станции, а впоследствии и промышленного объекта позволит использовать те нетронутые и еще неизвестные ресурсы этого наиболее близкого к нам небесного тела для науки и народного хозяйства”.
После этого были построены и запущены десятки “лунников”, осуществлены многочисленные полеты людей на Луну. На это ушло более двух десятилетий. Но именно в те годы были созданы основы для разработки реальных планов строительства первых лунных поселений, главной целью которых считалось и считается до сих пор промышленное освоение ее природных ресурсов, существенно дополняющее земную экономику.
Подсчитано, что из открытого лунного карьера размерами 100 на 100 метров и глубиной в 10 метров можно будет извлечь около 40 тысяч тонн кремния (прекрасного материала для полупроводниковых приборов и солнечных батарей), от 15 до 30 тысяч тонн алюминия, от 5 до 25 тысяч тонн чистого железа и около 9 тысяч тонн титана. Но первое место в ассортименте продукции лунных заводов несомненно займет кислород.
На лишенной атмосферы и открытых водоемов Луне он будет необходим для дыхания прибывших туда колонистов, а в соединении с водородом - обеспечения их питьевой водой. Водород для этого сначала будут завозить с Земли, а затем станут извлекать из лунных пород, куда его частицы постоянно заносит солнечный ветер. Он приносит на Луну и редкий изотоп гелия – гелий-3. Его накопилось там около миллиарда тонн. Это настоящее богатство, поскольку гелий-3 может служить самым эффективным, безопасным и экологически чистым сырьем для термоядерного реактора. Лунных запасов гелия-3 хватит, чтобы обеспечить все человечество электроэнергией на несколько тысяч лет.
Кроме систем жизнеобеспечения работников внеземных производств, кислород и водород будут использоваться в качестве высокоэффективного топлива, которым будут заправлять грузовые ракеты и пилотируемые космические корабли на лунных космодромах.
Как же будут добывать кислород на Луне? Кору, покрывающую это небесное тело и в основном состоящую из базальта, иногда сравнивают с застывшим океаном из окиси кремния, в котором растворены другие элементы. Таким образом, кислород составляет почти половину всей массы наружной оболочки лунного шара.
Чтобы освободить живительный газ из базальта, этот минерал нужно прежде всего расплавить. Солнечной энергии для этого на Луне более чем достаточно. А возможность обрабатывать лунное вещество с помощью солнечного тепла уже доказана экспериментально. Сконцентрированные параболическим зеркалом лучи нагревали помещенные в вакуум куски базальта, превращая их в жидкую лаву. В аналогичных солнечных печах на Луне можно будет получать не только кислород, но и стекло, металлы, керамику.
В состав лунных базальтов входит немало ильменита - минерала, в котором на один атом железа и один атом титана приходится три атома кислорода. Названный так по месторождению в Ильменских горах на Урале, он при нагревании выделяет кислород и одновременно из перерабатываемой породы освобождаются чистое железо и двуокись титана. Процентное содержание двуокиси титана в некоторых районах лунной поверхности достигает шести-восьми процентов, а получить необходимый для дыхания кислород и в качестве отходов - титан и железо, согласитесь, совсем неплохо. Тем более, что процесс “производства” легко поддается полной автоматизации.
Из тонны ильменита можно получить более ста килограммов кислорода. В лаборатории такую реакцию осуществили, нагревая контейнер с ильменитом до 720 градусов. Получали исследователи кислород и с помощью электролиза. При этом на погруженных в расплав электродах выделялись железо и кислород.
Разведку ильменита можно вести не только непосредственно находясь на поверхности Луны, но и с окололунной орбиты. Именно такую задачу выполняет сейчас недавно выведенный на такую орбиту Европейским космическим агентством автоматический аппарат “СМАРТ-1”.
Базальтовые лавы на Луне очень похожи по составу на земные, именно поэтому NASA решило вместо настоящего лунного грунта, который достаточно дорог, использовать в конкурсе его аналог, взятый из базальтовых вулканических отложений в штате Аризона, вблизи города Флэгстаф. Ранее это сходство привлекло в Аризону создателей лунных самоходных аппаратов, которые испытывали здесь свои модели.
В заключение расскажем об одном весьма необычном проекте получения кислорода на Луне, разработанном известным американским специалистом в области астронавтики Крафтом Эрике.
“Специфические условия на Луне, - пишет он, - позволяют организовать производство на базе радикально новой технологии, применение которой на Земле вовсе исключено. Эта технология столь нова, столь необычна и сулит такую революцию в производственной сфере, что ее значение без преувеличения можно сравнить с изобретением колеса”. Таким “колесом” для Луны, по мнению ученого, может стать разрабатываемая им взрывная технология с использованием ядерных зарядов.
Этот способ позволяет одновременно решить две проблемы – энергетическую и сырьевую. Доставленные с Земли водородные бомбы взрываются в толще лунных пород на больших глубинах. Образующиеся при этом перегретые газы вращают связанные с электрогенераторами турбины, или, отдавая свое тепло, превращают в пар какую-то рабочую жидкость.
Температура вспыхнувшего в недрах атомного пламени будет столь высока, что большая часть связанного кислорода освободится. При этом в оставшихся породах повысится относительное содержание металлов. Иными словами, в созданной ядерным взрывом огромной подземной, вернее, подлунной полости практически мгновенно образуется богатое месторождение металлических руд. Нужно будет только как можно скорее удалить оттуда кислород, чтобы он не успел вновь вступить в реакцию с окружающим веществом.
Кислород можно выпустить в устроенные на поверхности специальные хранилища через проложенные заранее скважины или шахтные стволы. Если же производить взрывы в начале долгой лунной ночи, космический холод будет способствовать его сжижению и хранению.
Расчеты показывают, что такая ядерная технология довольно экономична. А отсутствие на Луне живых существ позволяет не опасаться возможных последствий. К тому же наш естественный спутник давно привык к взрывам. Они регулярно происходят на поверхности Луны во время столкновений ее с метеоритами. Кстати, не исключено, что при этом могут образовываться какие-то рудные месторождения. Поэтому прибывшие на Луну геологи должны будут первым делом обследовать следы падения крупных небесных камней.
После того как из образовавшейся при глубинном взрыве огромной каверны извлекут все полезные вещества, она сможет служить готовым помещением для лунной базы. Надежно защищенная от космических излучений, метеоритов, резких температурных перепадов, искусственная пещера вместит в себя жилые отсеки, производственные цеха, склады, оранжереи, а продукция этого индустриального комплекса станет основным источником дальнейшего развития и строительства лунных поселений.
...”Лезу в штольню. Мелкие камушки стучат по пластмассовой каске. В луче фонаря – то скрученная рельсина, то расплющенный штекер. В конце тоннеля – огромная зала. Полость взрыва. Стеклянная многоцветная сфера, созданная в микросекунды ядерным монстром. Стеклянные застывшие сосульки. Наплывы и потеки стекла. Красные, зеленые, голубые. Ваза, сотворенная чудовищным стеклодувом. Это подземное царство сотворено не Космосом, не геологической за миллиарды лет работой природы, а человеком”.
Жуткое зрелище заставляет посетившего ядерный полигон журналиста с небывалой для него остротой ощутить ответственность за судьбу рода людского. “Кто же я такой, - спрашивает он. - Человек, получивший от цивилизации возможность смещать планеты с орбит, но не умеющий ладить с соседями, с самим собой?” С каждым днем все больше людей задают себе этот горький вопрос. И когда все мы поймем, что ответ на него может быть только один, ядерному оружию не останется места на Земле. Тогда, возможно, мирные атомные взрывы и прогремят на Луне...
Проекты освоения Луны имеют долгую историю. Еще 20 - 30 лет назад часть их была доведена до инженерных схем, часть - до готовых изделий, были созданы специальные роботы, подготовлены жилые модули, проработаны вопросы использования местных строительных материалов. Ученые уже тогда пришли к выводу, что, исходя из имеющихся технических предпосылок, сооружение лунной базы может быть осуществлено в ближайшие 10-20 лет.
Эти годы прошли, но цель еще не достигнута. Однако человечество, пусть и не так быстро как хотелось бы, неуклонно приближается к ней. Последний “лунный” конкурс NASA – яркое тому доказательство.