ЩО ТАКЕ ВИДОБУТОК МІСЯЦЯ?

Send

З тих пір, як ми почали відправляти на Місяць екіпажі місії, люди мріяли про день, коли ми одного разу можемо колонізувати його. Уявіть собі, поселення на місячній поверхні, де кожен постійно відчуває лише близько 15% настільки важкий, як у нас на Землі. А у вільний час колоністи мають змогу робити всілякі круті дослідницькі походи по поверхні в місячних мотоциклах. Маю визнати, це звучить весело!

Зовсім недавно була запропонована ідея розвідки та видобутку на Місяці. Частково це пов’язано з оновленою космічною розвідкою, а також зростанням приватних космічних компаній та галузі NewSpace. З місіями на Місячний графік на найближчі роки і десятиліття, здається, логічно задуматися над тим, як ми могли б також створити там гірничу та інші галузі?

Запропоновані методи:

Було зроблено кілька пропозицій щодо встановлення гірничих операцій на Місяці; спочатку космічними агентствами, такими як NASA, але останнім часом приватними інтересами. Багато ранніх пропозицій мали місце у 1950-х роках у відповідь на космічну гонку, яка вважала місячну колонію логічним результатом дослідження місячних.

Наприклад, у 1954 році Артур К. Кларк запропонував місячну базу, де надувні модулі були покриті місячним пилом для ізоляції, а комунікації забезпечували надувна радіо щогла. І в 1959 році Джон С. Рінехарт - директор лабораторії дослідження гірничої справи в Колорадоській школі шахт - запропонував трубчасту основу, яка «плаватиме» по поверхні.

З цього часу НАСА, армія та військово-повітряні сили США та інші космічні агенції оприлюднили пропозиції щодо створення місячного поселення. У всіх випадках ці плани містили надбавки до використання ресурсів, щоб зробити базу максимально самодостатньою. Однак ці плани передували програмі "Аполлон" і були значною мірою відмовлені після її завершення. Лише за останні кілька десятиліть знову були зроблені детальні пропозиції.

Наприклад, під час адміністрації Буша (2001–2009 рр.) NASA закріпило можливість створення «місячного застави». Відповідно до їх «Бачення космічних досліджень» (2004), план передбачав будівництво бази на Місяці між 2019 та 2024 роками. Одним із ключових аспектів цього плану було використання методик ІСРУ для отримання кисню з навколишнього реголіту.

Ці плани були скасовані адміністрацією Обами та замінені планом на місію Mars Direct (відомий як "Подорож на Марс" NASA). Однак під час семінару в 2014 році представники NASA зустрілися з гевардистом Гарвардського університету Джорджем Черччем, Пітером Діамандісом з фонду X Prize та іншими експертами для обговорення недорогих варіантів повернення на Місяць.

Праці семінару, які були опубліковані у спеціальному випуску журналу Новий простір, опишіть, як селище може бути побудовано на Місяці до 2022 року всього за 10 млрд. дол. Згідно з їхніми документами, дешева база стане можливою завдяки розвитку космічного бізнесу, появі індустрії NewSpace, 3D-друку, автономних роботів та інших нещодавно розроблених технологій.

У грудні 2015 року в Європейському космічному дослідницькому і технологічному центрі відбувся міжнародний симпозіум під назвою «Місяць 2020-2030 - нова ера координованого дослідження людини та роботів». У той час новий генеральний директор ESA (Ян Вернер) сформулював бажання агентства створити міжнародну місячну базу з використанням робототехнічних працівників, методів 3D-друку та використання ресурсів на місці.

У 2010 році NASA встановило змагання з робототехнічного видобутку, щорічне заохочувальне змагання, на якому студенти університетів проектують та створюють роботів для навігації в модельованому марсіанських умовах. Одним з найважливіших аспектів змагань є створення роботів, які можуть розраховувати на ISRU, щоб перетворити місцеві ресурси на корисні матеріали. Вироблені програми також можуть бути корисними під час майбутніх місячних місій.

Інші космічні агенції також планують місячні бази на найближчі десятиліття. Російське космічне агентство (Roscosmos) опублікувало плани будувати місячну базу до 2020-х, а Китайське національне космічне агентство (CNSA) запропонувало побудувати таку базу в аналогічні часові рамки, завдяки успіху своєї програми Чанг.

А індустрія NewSpace також пізно створює цікаві пропозиції. У 2010 році група підприємців з Кремнієвої долини зібралась разом, щоб створити приватну компанію Moon Express, яка планує запропонувати комерційні місячні роботизовані перевезення та послуги передачі даних, а також довгострокову мету видобутку Місяця. У грудні 2015 року вони стали першою компанією, що змагалася за премію «Місяць X», створивши та протестувавши робототехнічний пристрій - MX-1.

У 2010 році Arkyd Astronautics (в 2012 році перейменований на планетарні ресурси) з метою розробки та впровадження технологій видобутку астероїдів. У 2013 році з такою ж метою було створено Deep Space Industries. Хоча ці компанії орієнтовані переважно на астероїди, привабливість є майже такою ж, як місячний видобуток - який розширює ресурсну базу людства за межами Землі.

Ресурси:

На основі вивчення місячних порід, які були повернуті місіями Аполлона, вчені дізналися, що місячна поверхня багата мінералами. Їх загальний склад залежить від того, чи були скелі від місячних марій (великих, темних, базальтових рівнин, утворених місячними виверженнями) або місячних нагір'ях.

Скелі, отримані з місячних марій, показали великі сліди металів: 14,9% глинозему (Al²O³), 11,8% оксиду кальцію (вапно), 14,1% оксиду заліза, 9,2% магнезії (MgO), 3,9% діоксиду титану (TiO²) та 0,6% натрію оксид (Na²O). Отримані з лунного нагір'я схожі за складом: 24,0% глинозему, 15,9% вапна, 5,9% оксиду заліза, 7,5% магнезії та 0,6% діоксиду титану та оксиду натрію.

Ці ж дослідження показали, що місячні породи містять велику кількість кисню, переважно у вигляді окислених мінералів. Були проведені експерименти, які показали, як цей кисень можна було добувати, щоб забезпечити космонавтам повітря, що дихає, і який може бути використаний для отримання води та навіть ракетного палива.

Місяць також має концентрації рідкоземельних металів (REM), які привабливі з двох причин. З одного боку, REM стають все більш важливими для світової економіки, оскільки вони широко використовуються в електронних пристроях. З іншого боку, 90% поточних запасів ПЗР контролюється Китаєм; тому постійний доступ до зовнішнього джерела деякі розглядають як питання національної безпеки.

Аналогічно, Місяць має значну кількість води, що міститься в його місячному реголіті та в постійно затінених районах його північних та південних полярних регіонів. Ця вода також була б цінною як джерело ракетного палива, не кажучи вже про питну воду для космонавтів.

Окрім того, місячні скелі виявили, що внутрішні місця Місяця також можуть містити значні джерела води. А із зразків місячного ґрунту підраховується, що адсорбована вода може існувати при слідових концентраціях від 10 до 1000 частин на мільйон. Спочатку було, що концентрація води в місячних скелях була наслідком забруднення.

Але з того часу багаторазові місії не лише знайшли зразки води на поверхні місяця, але виявили докази того, звідки вона походить. Першою була Індія Чандраян-1 місія, яка 18 листопада 2008 року відправила ударний удар на поверхню місяця. Під час 25-хвилинного спуску дослідник з висоти Чандри, що визначає висоту, в Сонце знайшов свідчення води в тонкій атмосфері Місяця.

У березні 2010 року на борту був інструмент Mini-RF Чандраян-1 виявили понад 40 постійно затемнених кратерів біля північного полюса Місяця, які, як вважається, містять близько 600 мільйонів метричних тонн (661,387 мільйонів тонн США) водного льоду.

У листопаді 2009 р. Космічний зонд NASA LCROSS зробив подібні знахідки навколо південної полярної області, як ударник, який він відправив на поверхню, підштовхував матеріал, показаний, що містить кристалічну воду. У 2012 році опитування, проведені Місячним розвідувальним орбітарем (LRO), показали, що лід складає до 22% матеріалу на підлозі кратера Шеклотона (розташований у південному полярному регіоні).

Було теоретично, що вся ця вода подається за допомогою комбінації механізмів. Для одного, регулярні обстріли водоносними кометами, астероїдами та метеороїдами протягом геологічних часових масштабів могли б осадити її велику частину. Стверджувалося також, що він виробляється локально іонами водню сонячного вітру, поєднуючись з кисневими мінералами.

Але, мабуть, найціннішим товаром на поверхні Місяця може бути гелій-3. Гелій-3 - це атом, який виділяється Сонцем у величезних кількостях, і є побічним продуктом реакцій синтезу, які відбуваються всередині. Хоча сьогодні на попит на гелій-3 невеликий, фізики вважають, що він буде служити ідеальним паливом для термоядерних реакторів.

Сонячний вітер Сонця несе гелій-3 від Сонця і виходить у космос - врешті-решт, цілком виходить із Сонячної системи. Але частинки гелію-3 можуть врізатися в об’єкти, які потрапляють на їх шляху, як Місяць. Вченим не вдалося знайти жодного джерела гелію-3 тут, на Землі, але, здається, він знаходиться на Місяці у величезній кількості.

Переваги:

З комерційної та наукової точки зору, є кілька причин, через які видобуток Місяця був би корисним для людства. Для початку, абсолютно важливо будь-які плани будувати поселення на Місяці, оскільки використання ресурсів in situ (ISRU) було б набагато економічнішим, ніж транспортування матеріалів із Землі.

Крім того, передбачається, що запропоновані зусилля з вивчення космічної галузі для 21 століття потребуватимуть великих обсягів матеріалів. Те, що видобувається на Місяці, буде виведено в космос за часткою вартості, що видобувається тут, на Землі, завдяки набагато меншій силі тяжіння та швидкості втечі Місяця.

Крім того, на Місяці є велика кількість сировини, на яку покладається людство. Так само, як і Земля, він складається з силікатних порід і металів, які розмежовані між геохімічно різними шарами. Вони складаються з багатого на залізо внутрішнього ядра та зовнішньої серцевини, збагаченої залізом, частково розплавленого прикордонного шару та твердої мантії та кірки.

Крім того, вже деякий час було визнано, що місячна база - яка включатиме в себе ресурси з ресурсами - буде користю для місій далі Сонячної системи. Для місій, що прямують до Марса в найближчі десятиліття, зовнішня Сонячна система, або навіть Венера і Меркурій, можливість повторного використання від місячного застави різко знизить вартість окремих місій.

Виклики:

Природно, перспектива встановити інтереси до видобутку на Місяці також представляє серйозні проблеми. Наприклад, будь-яка база на Місяці повинна бути захищена від поверхневих температур, які варіюються від дуже низьких до високих - від 100 K (-173,15 ° C; -279,67 ° F) до 390 K (116,85 ° C; 242,33 ° F) - на екваторі і в середньому 150 K (-123,15 ° C; -189,67 ° F) в полярних областях.

Радіаційне опромінення також є проблемою. Через надзвичайно тонку атмосферу та відсутність магнітного поля місячна поверхня відчуває наполовину більше випромінювання, ніж об’єкт у міжпланетному просторі. Це означає, що астронавти та / або місячні працівники мали б високий ризик впливу космічних променів, протонів від сонячного вітру та випромінювання, спричиненого сонячними спалахами.

Тоді з’являється Місячний пил - надзвичайно абразивна склоподібна речовина, що утворюється мільйонами років мікрометеоритових ударів на поверхню. Через відсутність вивітрювання та ерозії, пил Місяця не є ґрунтовим і може грати з технікою та створює небезпеку для здоров’я. Найгірше, що він дотримується всього, чого він торкається, і був великою неприємністю для екіпажів Аполлона!

І хоча нижня сила тяжіння приваблива, що стосується запусків, то незрозуміло, які довгострокові наслідки для здоров'я будуть мати на людину. Як показали неодноразові дослідження, вплив нульової тяжкості протягом місячних призводить до дегенерації м’язів та втрати кісткової щільності, а також до зниження функцій органів та пригніченої імунної системи.

Крім того, існують потенційні правові перешкоди, які може представляти місячний видобуток. Це пов’язано з «Договором про принципи, що регулюють діяльність держав у галузі розвідки та використання космічного простору, включаючи Місяць та інші небесні тіла» - інакше відомий як «Договір про космос». Відповідно до цього договору, який контролює Управління ООН з питань космосу, жодна держава не має права володіти землею на Місяці.

І хоча багато спекуляцій щодо "лазівки", яка прямо не забороняє приватну власність, не існує, юридичного консенсусу щодо цього немає. У міру того, як місячні розвідки та видобуток стають все більш можливими, потрібно буде розробити законодавчу базу, яка б гарантувала, що все налагоджено.

Хоча це може бути далеко, але нерозумно думати, що коли-небудь ми зможемо видобути Місяць. І завдяки багатим запасам металів (що включає РЕМ), які стають частиною нашої економіки, ми можемо шукати майбутнє, яке характеризується постдефіцитом!

Ми написали багато статей про видобуток та колонізацію Місяця тут у Space Magazine. Ось хто був першими людьми на Місяці ?, якими були перші місячні посадки ?, Скільки людей пішли на Місяць? Чи можна придбати землю на Місяці ?, і будувати космічну базу, Частина 1: Чому шахту? Місяць чи астероїд?

Для отримання додаткової інформації не забудьте ознайомитись з цією інфографікою про видобуток місяця в лабораторії реактивного руху НАСА.

Астрономічна роля також має кілька цікавих епізодів на цю тему. Слухайте тут - Епізод 17: Звідки взявся Місяць? та Епізод 113: Місяць - перша частина.

Джерела: