Обживание Луны: инструкция по применению

Как минимум два события первой половины 2020-го войдут в историю освоения космоса. Во-первых, 31 мая американцы запустили к МКС первый космический корабль, построенный частной компанией — речь идет о Crew Dragon от детища Илона Маска SpaceX. Во-вторых, 6 апреля президент США Дональд Трамп заявил, что Соединенные Штаты хотят добывать ресурсы на Луне и могут начать это делать без одобрения других стран.

Что Америка надеется там найти? Есть ли на спутнике вообще что-то, кроме космической пыли? Чем землянам может оказаться полезна Луна в будущем? Давайте разбираться.

Солнце в грязи

Поверхность Луны покрыта так называемым реголитом: мягким грунтом из лунных пород и разбившихся за миллиарды лет метеоритов. Этот слой неравномерен, и его толщина составляет от долей метра до, возможно, десятков. Состав слоя разнится в зависимости от того, что под ним: лунные «моря» остывшей лавы (базальт) или «материки» вулканов (анортозит). На вид реголит выглядит как серая пыль-грязь, все время ко всему липнет (замечание экипажа «Аполлона-11»), на Земле пахнет гарью и порохом, а еще жутко опасен для легких.

Реголит способен удерживать частицы солнечного ветра, такие как водород и гелий—3. Их можно извлечь путем нагревания — 700 °С должно хватить. Изотоп гелия интересует ученых больше всего. Он редко встречается на Земле, но исследователи предполагают, что его можно использовать как нерадиоактивное топливо для ядерных реакторов без опасных отходов. Впрочем, ученый Иэн Крауфорд из Лондонского университета в своей работе 2015 года Lunar Resources: A Review усомнился в энергетическом потенциале гелия-3 для Земли. По его мнению, практичность использования изотопа в реакторах пока остается теорией — он не относится к обновляемым ресурсам, а его запасы на Луне сильно преувеличены.

Луна всегда близко и скоро обрастет постоянной инфраструктурой для шахтерских работ

Лунные металлы могут пригодиться при постройке жилищ и складов на спутнике, а также для снабжения космических станций и спутников. Из «материкового» реголита можно получить алюминий, а из «морских» базальтов — железо и титан с кислородом как побочным продуктом. Обломки метеоритов в реголите должны содержать металлы ценной платиновой группы (МПГ). Теоретически их было бы проще добывать прямо с околоземных астероидов из-за отсутствия там гравитации, пишет ученый, но, с другой стороны, Луна всегда близко и скоро обрастет постоянной инфраструктурой для шахтерских работ.

Еще на Луне можно найти редкоземельные металлы (РЗМ). Речь идет о скандии, иттрии и лантаноидах, которые используют в современной электронике: ноутбуках, смартфонах, медицинских приборах. Не исключено, что именно они и привлекли внимание Трампа: Америка лидировала в добыче РЗМ до 1990-х годов, пока на первое место не вышел Китай. Сейчас он обеспечивает 90% от общей добычи РЗМ. Крауфорд опять же не разделяет оптимизма в отношении добычи РЗМ на Луне: по его словам, их месторождения по сравнению с Землей нельзя назвать богатыми.

С Луны на Марс

В теории ресурсы на Луне можно использовать в трех направлениях, которые не исключают друг друга. Во-первых, они пригодятся первым лунным поселенцам. Сначала им понадобится водород в качестве ракетного топлива, кислород для систем жизнеобеспечения и вода. Затем — металлы для строительства. 

Воду на Луне можно найти только в виде льда — например, на дне кратеров, куда никогда не попадают солнечные лучи. Если люди смогут ее добывать, это решит и проблему с кислородом. Кроме этого, ученые Л. Тейлор и Д. Кэрриер в статье Production of Oxygen on the Moon: Which Processes Are Best and Why описали 20 способов сбора кислорода из реголита. Из них эффективными признали восемь.

В некоторых точках лунных полюсов солнце не заходит почти весь год, так что использование Луны как солнечной «батарейки» Земли в будущем может оказаться реальным сценарием

Получение водорода, кислорода, гелия-3, металлов из реголита и лунных пород — энергозатратные процессы. Колонистам так или иначе придется придумать, откуда брать электричество на спутнике. Самый очевидный выход — солнечные батареи, и их потребуется много. В некоторых точках лунных полюсов солнце не заходит почти весь год, так что использование Луны как солнечной «батарейки» Земли в будущем может оказаться реальным сценарием. Если гелий-3 докажет свою эффективность в реакторах, его можно добывать и использовать прямо на спутнике, не транспортируя на Землю.

Во-вторых, богатства Луны могут пригодиться для обслуживания космического пространства вокруг нашей планеты. Если на Луне появится инфраструктура для добычи ресурсов, то из-за разницы в гравитации будет дешевле доставлять все необходимое на орбиту именно оттуда, чем запускать для той же цели ракету с Земли, пишет Кроуфорд. С этой точки зрения Луна сначала может стать станцией снабжения для спутников и МКС, а потом — пригодиться в освоении Марса.

В-третьих, ресурсы можно в самом деле отправлять на Землю. Здесь речь идет о гелии-3, РЗМ и МПГ — все остальное везти просто не имеет смысла. По мнению Кроуфорда, на Луне нет ни одного ресурса, который бы единолично оправдал его добычу и доставку на Землю или серьезно изменил земную экономику.

Наравне с теми, кто смотрит на Луну как на источник ресурсов и плацдарм для космических операций, есть и те, кто предлагает забыть о спутнике. Группа ученых НАСА, по данным журнала PopMech, уверена, что Луна только отвлекает человечества от колонизации Марса — намного более важной задачи. К этому лагерю, пишет журнал, иногда причисляют Илона Маска, хотя тот мог бы и не согласиться с таким определением. Да, Маск публично заявлял, что Марс — его главная мечта и приоритет, но в интервью Time в 2019 году подчеркнул, что лунная база серьезно поможет в путешествии на Красную планету.

Достояние человечества

Инициативу в освоении Луны проявляют несколько сторон. США в лице НАСА готовят проект «Артемида»: в 2024-м на спутник отправят двух астронавтов, а к 2028-му здесь должно появиться постоянное поселение. Китай ворвался в ленты новостей в 2019 году с первым выращенным ростком на Луне. Его космическая программа предполагает строительство лунной базы к концу 2020-х. Европейское космическое агентство хочет отправить экспедицию и набрать реголита после 2025 года. Россия до 2030-х годов намерена посылать на спутник роботов, затем высаживать космонавтов и строить базу после 2035-го. Не столкнутся ли все они лбами? Чья Луна юридически и кто имеет право добывать на ней ресурсы?

Луна только отвлекает человечества от колонизации Марса 

По соглашению ООН 1967 года, наш спутник и другие космические тела объявляются нейтральными территориями, которые не могут принадлежать ни одному государству. Этот пакт не запрещает добычу ресурсов как на Луне, так и на любом другом космическом объекте. Впрочем, вопрос о принадлежности добытого придется прояснять. В документе есть строчка: «Исследование и использование космического пространства должны быть направлены на благо всех народов». Едва ли частные компании развернут добычу ресурсов в космосе без гарантии своего права на эти ресурсы. Вероятно, в будущем нации продолжат переговоры на эту тему.

Список вопросов, касающихся использования Луны, этим не ограничивается — возникают этические и экологические затруднения. Некоторые ученые переживают, что, если Луну начнут рассматривать как еще один источник полезных ископаемых, ее богатства растратят точно так же, как делают с Землей. Есть и те, кто озабочены будущим обликом Луны: космические базы и шахты могут в конце концов повлиять на то, как спутник выглядит с Земли. А ведь Луна — часть человеческой культуры, источник вдохновения художников и музыкантов, фонарь для мореплавателей и охотников в джунглях, календарь диких племен. Кто бы ни протягивал к ней свои руки, Луна принадлежит каждому из нас.