Китайский луноход осваивает поверхность луны - начало экспансии Поднебесной с целью добычи природных ресурсов.
Сегодня, 14 декабря 2013 года в 17 часов по киевскому времени совершил успешное "прилунение" китайский спутник зондирования Луны «Чанъэ-3» с луноходом на борту.
Ракета, доставившая спутник в космос стартовала 2 декабря текущего года в 01:30 по пекинскому времени с аэродрома «Сичан».
Этот запуск ознаменовал начало второго этапа китайской программы по изучению естественного спутника Земли.
Лунная программа Китая на втором этапе включает в себя выход на лунную орбиту на высоту 9 км, приземление на поверхность Луны, сбор пород с помощью лунохода и отправка их на Землю.
Доставленный им луноход «Юйту» («Нефритовый заяц») в течение как нимимум трех месяцев будет заниматься исследованием геологической структуры спутника Земли и веществ на его поверхности. Цель лунохода — поиск на Луне природных ресурсов.
Первый китайский луноход полтора месяца назад демонстрировался на международной промышленной выставке в Шанхае. Он представляет собой 100 кг шестиколесный аппарат золотистого цвета, оснащенный специальной автономной системой навигации. Название аппарата отсылает к персонажу китайской мифологии — лунному зайцу, который принадлежал богине Луны Чанъэ.
Луноход оснащен автономной системой навигации и может передвигаться по рыхлому лунному грунту со скоростью до 200 метров в час, а также взбираться вверх по поверхностям с 30-градусным уклоном.
Китайский луноход "Юйту" (Лунный кролик) передал в центр управления полетом первые фотоснимки с поверхности спутника Земли.
Автоматический аппарат совершил успешную посадку и съехал на поверхность.
Ранее Китай стал третьей страной в мире после СССР и США, чей космический аппарат совершил мягкую посадку на Луну.
Первые «шаги» аппарата по лунному грунту были в автоматическом режиме отсняты с борта посадочного модуля и отправлены на Землю.
Прилунение «Чанъэ-3» произошло в районе кратера Залив радуги (Sinus Iridum). Спутник сел около 21.00 по пекинскому времени (17.00 мск).
Последний раз космический корабль с Земли побывал на Луне в 1976 году.
Китайская программа исследования естественного спутника Земли условно разделена на три этапа. На первой стадии в 2007 году был успешно осуществлен запуск аппарата «Чанъэ-1», который проработал на орбите 16 месяцев. В результате была составлена трехмерная карта поверхности с высоким разрешением. В 2010 году к Луне был отправлен второй исследовательский аппарат для съемок районов, в одном из которых должен будет приземлиться «Чанъэ-3».
В 2017 году в ходе третьего этапа программы к естественному спутнику Земли КНР направит еще один аппарат, основной задачей которого будет доставка образцов грунта.
В последнее время отношение к Луне явно меняется: в ближайшие годы исследования Луны с помощью автоматических станций возобновят Россия, США, Европейский союз, а также частная компания Astrobotic Technology. Американцы намечают также к 2020 году отправить на Луну пилотируемый корабль. Следующим шагом станет организация на ней постоянной базы, которая послужит и для организации экспедиций к другим планетам Солнечной системы. Один из руководителей фирмы "Боинг" заявил: "Новая американская космическая программа отнюдь не сводится к полёту человека на Марс. Речь идёт об исследовании всей Солнечной системы с помощью пилотируемых аппаратов и автоматических зондов. Луна и Марс - лишь две вехи в этом вековом освоении космоса".
Европейское космическое агентство ESA тоже оценило перспективы лунных полётов и разработало рассчитанную на 20 лет программу. Первые десять лет уйдут на разработку новых технологий. Лунные победы надо планировать заново - с учётом всех чудес техники, появившихся в последнюю четверть XX века. В 2015 году руководители стран Евросоюза должны дать окончательное согласие на эксперимент. Далее в течение десяти лет по два раза в год на луну будут отправлять очередную партию астронавтов. На Луне вырастет целая колония с жилыми модулями, лабораториями, цехами и складами. Строения будут собраны из модулей, подобным применяемым на МКС. Планируется даже соорудить электростанцию и наладить добычу кислорода из лунной породы. За десять лет на Луне побывает 80 человек, а также туда будет доставлено 25 тонн груза.
К 2015 году в России будет разработана Федеральная космическая программа, куда могут войти и проекты исследования Луны и Марса. Со стороны российских учёных поступает немало инициатив по организации экспедиций на Луну и Марс, но какая из них войдёт в Федеральную программу пока неизвестно. При этом российское космическое ведомство считает наиболее разумным создавать поселение на Луне в тесной международной кооперации, как и в случае с МКС.
Возобновление научного интереса к Луне во многом обусловлено тем, что исследования показали: спутник Земли буквально нашпигован рудами металлов, к тому же их легче добывать, чем на нашей планете. На Луне есть большие залежи железа, алюминия, металлов платиновой группы, а также титана - металла весьма редкого на Земле и потому дорогого. Очевидно, в лунном грунте есть и гелий-3, приносимый туда солнечным ветром. Эксперты оценивают его количество в миллион тонн и даже планируют, как доставить его доставку на Землю с помощью небольших транспортных ракет. На Земле этот изотоп гелия встречается крайне редко. Используя его можно было бы осуществить давнюю мечту физиков - получать энергию с помощью термоядерной реакции слияния гелия-3 и дейтерия. Реакторы этого типа работают при сравнительно низкой начальной температуре. Они экологически чище, чем прежние модели реакторов, в которых соединяются тритий и дейтерий. На гелиевых реакторах меньше радиоактивных отходов. Впрочем, и те, и другие реакторы очень далеки от промышленного использования. Создание рентабельной термоядерной установки - одна из приоритетных задач науки XXI века.
В США поговаривают о том, что прибыльным делом могла бы стать доставка на Луну космических туристов. Начиная с первых полётов на Луну, будет разумным брать с собой богатеньких пассажиров. В планах коммерческих фирм - наладить постоянное сообщение с Луной, отправляя туда любящие путешествовать VIP-персоны. Со временем по этому маршруту бизнес-классом могли бы летать туристы, променявшие Канары на Луну, почти не переплачивая за это. Расчёты говорят, что пилотируемый полёт на Луну обойдётся в полтора миллиарда долларов. Огромная, казалось бы, сумма, но столько же стоит сооружение плавучей платформы для нефтедобычи. В одном лишь Северном море сейчас их несколько сотен. А, опять же для сравнения, цена современных атомных авианосцев составляет и вовсе уж три-четыре миллиарда долларов.
Правда, жить астронавтам и космическим туристам придётся отнюдь не в роскошных лунных отелях, которые проектировали архитекторы-футуристы в шестидесятых-семидесятых годах прошлого века. Современные архитекторы говорят, что дома на Луне будут похожи не на многоэтажные отели, а на вкопанные в грунт консервные банки. Вкопанные потому, что лунные станции необходимо защищать от космического излучения, беспрепятственно проникающего к поверхности этого небесного тела. Уровень излучения там в 60 раз выше допустимой нормы для обычного человека и в семь раз выше нормы, положенной астронавту. В силу отсутствия атмосферы не встречают никаких препятствий и микрометеориты. На территории, равной по площади футбольному полю, такой метеорит падает в среднем раз в год.
Защитить людей поможет реголит. Этот похожий на мокрый песок минерал мощным слоем покрывает поверхность лунных морей. Архитекторы предлагают закрывать жилые дома трёхметровыми штабелями мешков, наполненных реголитом. Реголитовые стены также компенсируют резкие температурные колебания от 100 градусов мороза ночью до 150 градусов жары днём - и это в течение одного лунного месяца, за 28 дней. Но и с реголитом есть свои проблемы. Его тончайшая пыль проникает в любую трещину и легко накапливает электрические заряды. Астронавты, побывавшие на Луне, вспоминали, что их сапоги и костюмы были постоянно покрыты толстым слоем пыли. Население лунной станции наверняка будет жаловаться, что пыль, подобно наждачной бумаге, стачивает клапаны, шарниры, подшипники, портит электронику, протирает скафандры.
В любом жилом лунном модуле надо будет создать свою атмосферу с кислородом и азотом в привычных нам пропорциях и с таким же давлением, как на Земле. В Москве, в НИИ медико-биологических проблем космонавтики, разработан "космический воздух" для будущих поселений на Марсе и Луне. Он представляет собой негорючую смесь из кислорода и аргона. Первые опыты прошли успешно. В 2006 году должны были начаться длительные испытания, которые позволят прояснить, можно ли использовать эту смесь в домах космических колонистов.
Американцы же обдумывают компоновки лунных поселений. Они пришли к выводу, что основная база всегда должна находиться на расстоянии не менее километра от места посадок спускаемых аппаратов. Ведь из-за малой силы притяжения Луны пыль и камни в момент старта и посадки космических кораблей превращаются в опасные снаряды. Кроме того, существующий опыт подсказывает, что перемещение по поверхности Луны довольно затруднительное. Поэтому инженеры предлагают построить подвесную канатную дорогу, чтобы доставлять тяжёлые грузы из одного пункта Луны в другой. Малая сила притяжения спутника Земли будет этому благоприятствовать.
Словом, проблем предстоит решить немало. Но вопросы освоения Луны обретают всё более конкретное звучание. Это уже не беспочвенные футуристические фантазии, а решение реальных технических и прочих проблем. Очень даже возможно, что через два-три десятилетия на Землю станут доставлять полезные ископаемые, добытые на Луне. Правда, существуют свидетельства, что там уже кто-то есть, и этот кто-то тоже занят разработкой лунной поверхности. Ведь есть немало фотографий, на которых на поверхности Луны видны развитые ферменные конструкции и странные огромные механизмы. Тогда землянам придётся как-то договариваться с конкурентами. Правда, эти механизмы никто и никогда не видел в работающем состоянии. Возможно, все они давно мертвы, и принадлежат не вездесущим инопланетянам, а являются немым свидетельством былой технической мощи земной працивилизации, которая десятки тысяч или миллионы лет назад занималась добычей полезных ископаемых на ближайшем к Земле небесном теле. Атмосферы на Луне нет, коррозия из-за отсутствия кислорода тоже отсутствует, и просто трудно вообразить сколь долгое время эти гигантские механизмы могли простоять в "законсервированном" виде. В таком случае наш спутник превратится в археологический Клондайк, где вместе с учёными будут трудиться и технические специалисты, черпающие из древних находок самые неожиданные ноу-хау.
В 60-е и 70-е годы прошлого века Луна была самым желанным местом: США и СССР запустили к спутнику Земли беспилотные корабли, после чего американские астронавты высадились на лунную поверхность. Однако с тех пор Луна стала своего рода захолустьем, считает журнал Time. Не то чтобы ученые совсем потеряли интерес к ней, однако большую часть информации о Луне они узнали от спутников GRAIL (программа изучения гравитационного поля и внутреннего строения Луны) и зонда LCROSS (космический аппарат для наблюдения и зондирования лунных кратеров).
Этот новый виток интереса к Луне, считает Time, не только негативно скажется на научных исследованиях, но и может разрушить исторические места приземлений на Луну. По мнению ученых Генри Херцфельда и Скотта Пейса из Института космической политики при Университете Джорджа Вашингтона, новые миссии могут разрушить следы первых визитов человека на Луну.
Эти опасения не новы. Еще в 50-х группа ученых предупреждала США и СССР об исследовании нашего ближайшего космического соседа «с должной заботой». Тогда их беспокоило возможное загрязнение девственной атмосферы Луны, однако этим летом Палата представителей американского конгресса подготовила законопроект для строительства национального исторического парка в районе посадочной площадки корабля «Апполон-11», чтобы сохранить артефакты ранних лет освоения космоса.
Это благородная идея, отмечает Херцфельд, но тут имеется одна проблема: «Если законопроект станет законом, другие нации смогут заявить, что США агрессивно распространяет свой суверенитет на части Луны». А это открытым текстом запрещено Договором о космосе 1967 года.
Ученые утверждают, что лучшим способом решения проблемы будет заключение нового международного договора на уровне ООН, однако это займет несколько лет, а возникший интерес к Луне может навредить исторически важным местам. Если начнется лунный туризм, пусть даже виртуальный, с помощью видеотрансляции из лунохода, есть опасность, что лунная пыль уничтожит следы первых астронавтов.
Наиболее эффективным, по мнению ученых, будет обратиться напрямую к России и Китаю и заключить с ними многостороннее соглашение по вопросам исследования Луны. Что касается лунного туризма, то любая компания должна будет получить разрешение у своего правительства. Хорошая, по мнению Херцфельда, новость заключается в том, что, даже если инициатива конгрессменов и не станет законом, она подтолкнула к обсуждению важного вопроса. И вполне возможно, в будущем кто-нибудь выступит с лучшей идеей о сохранении лунных памятников покорителям космоса.
Интерес, который вызывает в последнее время концепция развития земной цивилизации за счет энергоресурсов, доставляемых с Луны, неслучаен. Речь прежде всего идет о легком изотопе гелий-3. Эта вроде бы чисто научно-технологическая проблема оказывается из разряда тех, которые изменят не только образ жизни землян, но и самые глубинные мировоззренченские взгляды. Мы предлагаем вашему вниманию статью одного из ведущих мировых селенологов, директора Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, академика, член президиума РАН Эрика Галимова.
Ученые заговорили о возможности использования привозимого с Луны гелия-3 в конце 80-х – начале 90-х годов. В 1998 году в Москве состоялась 3-я Международная конференция по исследованию и освоению Луны, на которой двое американских ученых сделали сообщение под интригующим названием: «3-Не на Луне – Персидский залив XXI века». В 2003 году президиум РАН обсудил доклад «О состоянии исследования Луны и планет», в котором снова был поставлен вопрос о гелии-3. На этот раз проблема была услышана.
Проблема энергоресурсов
Нефть и газ сегодня занимают 60–80% в мировом энергобалансе. Существуют разные оценки, но в любом случае углеводородное топливо при современных объемах потребления будет исчерпано до конца этого века. Умеренные оценки предсказывают истощение запасов через 40–50 лет. Энергопотребление на планете неизбежно будет возрастать. К 2050 году ожидается увеличение населения Земли вдвое. Развивающиеся страны резко наращивают экономический потенциал, в особенности Китай и Индия. Если потребление энергии в этих странах на душу населения приблизится к энергопотреблению в США, Европе и Японии, то мировое энергопотребление может возрасти в 5–8 раз.
Каковы возможности замещения нефти и газа в энергобалансе? Существует немало альтернативных источников энергии. Однако даже в совокупности альтернативные источники не способны обеспечить полное замещение углеводородного топлива. Главный недостаток большинства из них в том, что они рассчитаны на потребление рассеянной энергии с малой удельной мощностью. Поэтому даже при теоретически больших ресурсах реальная возможность использования этих источников энергии ограниченна.
Какое бы место ни занимали в будущем альтернативные источники энергии, принципиальное разрешение энергетической проблемы может дать только использование ядерной энергии. Но развитие атомной энергетики сдерживается ее страшным недостатком: производством радиоактивных отходов. Человечество уже сегодня знакомо с последствиями развития ядерных технологий: устрашающими объемами накопленных радиоактивных отходов, необходимостью захоронения атомных реакторов и конструкционных материалов. Массовое развитие атомной энергетики в ее современном варианте неизбежно имело бы катастрофические последствия для экологии.
Термояд на основе гелия-3
Сегодня промышленная атомная энергия вырабатывается только за счет реакции деления ядер урана. Термоядерная энергия известна человечеству только в виде водородной бомбы. Над решением проблемы управляемого термоядерного синтеза наука бьется уже более 50 лет.
В настоящее время удалось почти вплотную приблизиться к цели. Полагают, что она будет достигнута в ближайшие годы при реализации Международного проекта исследовательского термоядерного реактора ИТЭР (ITER). Это будет ядерная реакция дейтерия (D) – тяжелого стабильного изотопа водорода, с тритием (Т) – тяжелым радиоактивным изотопом водорода. В результате образуется гелий-4 (4Не) – основной изотоп гелия и нейтроны. Проблема радиоактивного загрязнения относится и к термоядерному синтезу, основанному на реакции: D + T> 4Не + n (нейтрон). Правда, радиоактивное загрязнение в этом случае меньше, чем при делении урана.
Реакция дейтерия с редким изотопом гелия-3 требует еще более высоких температур, то есть еще более трудно достижимых условий синтеза. Но главное и самое удивительное в том, что термоядерный синтез, основанный на использовании изотопа гелия-3, может быть экологически чистым. Кажется фантастичным, что существует термоядерный процесс, практически не несущий радиоактивности. Дело в том, что ядерная реакция с участием гелия-3 имеет одну особенность, которая делает ее уникальной. В ядерных реакциях, в том числе в реакции синтеза D + T, выделяется мощный, пронизывающий все вокруг поток нейтронов. Нейтроны – быстрые незаряженные (нейтральные) частицы. Они легко проникают внутрь любых материалов, взаимодействуют с химическими элементами и делают их радиоактивными. В реакции D + 3Не > 4Не + p (протон) выделяются не нейтроны, а протоны. С этим связан ряд замечательных преимуществ.
Во-первых, протоны, будучи заряженными частицами, не могут проникать в глубь конструкционных материалов. Поэтому в отличие от нейтронов они не делают эти материалы радиоактивными. Некоторая радиоактивность связана с побочной реакцией D + D. Идеальной была бы реакция 3Не + 3Не > 4Не + 2p. Но осуществление ее требует слишком жестких условий. Это – вопрос более отдаленного будущего. Тем не менее подавляющий выход термоядерной энергии в виде протонов делает реакцию с участием гелия-3, с одной стороны, высокоэффективной, а с другой – минимально радиоактивной.
Во-вторых, нейтроны не только наводят радиоактивность, но и вызывают радиационные повреждения материалов. Это очень быстро делает материалы непригодными к дальнейшему употреблению, требует их изъятия и захоронения в виде радиоактивных отходов. Протоны не повреждают материалы. В отсутствие нейтронного облучения конструкционные элементы термоядерного реактора, использующие гелий-3, могут служить очень долго, в отличие от материалов урановых реакторов и термоядерных реакторов, использующих реакцию дейтерий плюс тритий.
В-третьих, поскольку протоны – заряженные частицы, а электрический ток – это поток заряженных частиц, становится возможным прямое преобразование термоядерной энергии в электрическую, минуя тепловое преобразование. Это позволяет использовать в случае гелия-3 гораздо более эффективные инженерные решения для отбора энергии.
Наконец, в-четвертых, практическое отсутствие радиоактивности и взрывоопасности делает установки термоядерного синтеза на гелии-3 совершенно безопасными в аварийных условиях, в том числе в условиях природных катастроф, террористических актов и т.п.
Экологическая чистота и энергетическая эффективность делают термоядерный синтез на гелии-3 непревзойденным источником энергии. Солнце светит благодаря идущему в его недрах термоядерному синтезу. Овладев им, человечество приобщилось бы к эксплуатации вечного источника энергии.
Природа лунного гелия-3
Однако на пути к достижению конечной цели есть две большие трудности. Первая состоит в том, что гелия-3 практически нет на Земле. Он есть на Луне. Но возможно ли организовать его добычу и доставку на Землю? Насколько это экономически целесообразно?
Вторая трудность состоит в том, что на Земле пока отсутствует технология управляемого термоядерного синтеза. Задача не решена, несмотря на многолетние усилия, даже для более простой реакции синтеза на дейтерии (D) и тритии (Т). Синтез же с участием гелия-3 требует еще более жестких условий.
Прежде чем ставить сложную задачу освоения промышленного термоядерного синтеза на гелии-3, нужно оценить, насколько реальна добыча и доставка гелия-3 с Луны в необходимых количествах и каковы его запасы. Луна, лишенная атмосферы и защитного магнитного поля, подвергается мощному облучению потоком испускаемых Солнцем легких атомов: водорода, гелия, углерода, азота и других. Этот поток, называемый солнечным ветром, попадает на поверхность Луны. Поскольку на Луне нет активных геологических процессов и круговорота веществ, находящийся на поверхности пылевидный материал, называемый реголитом, миллиарды лет накапливает частицы солнечного ветра, в том числе гелия.
Содержание гелия в реголите (лунном грунте) зависит от многих факторов. Прежде всего это – возраст реголита. Чем дольше облучается поверхность, тем больше накапливается в ней внедрившихся частиц солнечного ветра. Крупность зерен реголита также имеет значение. Слишком крупные зерна имеют малую относительную поверхность, а очень мелкие не удерживают гелий. Оптимальным является размер 20–50 микрон (0,02–0,05 мм). Концентрация гелия зависит также от минерального состава зерен реголита. Лучше всего гелий накапливается в ильмените – минерале, содержащем титан (FeTiO3). Луна богата этим минералом.
На каждый атом гелия-3 приходится 3000 атомов обычного гелия (4Не), от которого полезный гелий-3 нужно отделить. В одной тонне лунного реголита содержится в среднем всего около 10 миллиграммов 3Не.
Энергетическая ценность и запасы
Чтобы добыть одну тонну гелия-3, нужно переработать 100 млн. тонн лунного грунта, т.е. участок лунной поверхности площадью 20 квадратных километров на глубину 3 м.
Зато энергетическая мощность гелия-3 огромна. Одна тонна этого вещества обеспечивает работу агрегатов мощностью 10 Гвт (Гвт – миллион киловатт) в течение года. Энергетическая мощность электростанций России составляет 215 Гвт. Иначе говоря, для обеспечения России нужно приблизительно 20 тонн гелия-3 в год. Для обеспечения современной мировой потребности потребуется около 200 т гелия-3 в год. Во второй половине XXI века эта величина, возможно, возрастет до 800–1000 т/год. Запасы гелия-3 на Луне составляет около 1 млн. т. Таким образом, их хватит более чем на тысячу лет.
Экономическая целесообразность
Одна тонна гелия-3 заменяет 20 млн. тонн нефти. При современной стоимости нефти около 50 долларов за баррель стоимость 20 млн. тонн нефти составляет 10 млрд. долларов. Это и есть современная цена 1 тонны гелия-3. Транспортировка одного килограмма груза на траектории Земля–Луна–Земля составляет сегодня приблизительно 20–40 тыс. долларов. Чтобы перевезти 1 т гелия-3, придется перевозить 2–5 т сопровождающего груза в виде контейнеров, охлаждающего оборудования и т.д. Таким образом, перевоз с Луны одной тонны гелия-3 обойдется в 100 млн. долларов. Кажется, огромная сумма. Но это всего лишь 1% того, что стоит энергия, которую одна тонна гелия-3 может обеспечить на Земле.
По расчетам американского астронавта Гаррисона Шмита, по профессии геолога, побывавшего на Луне в составе американской экспедиции «Аполло-17», использование гелия-3, включая все виды расходов на его добычу и доставку, станет коммерчески выгодным, когда производство термоядерной энергии на гелии-3 на Земле достигнет мощности 5 Гвт. По мнению Шмита, предварительные расходы на стадии research & development (исследование и развитие), которые, очевидно, должно взять на себя государство, составят около 15 млрд. долларов. Затем лунный энергетический проект станет привлекательным для частных инвестиций, поскольку он станет прибыльным.
Лунная промышленность
Добыча гелия-3 неизбежно вызывает к жизни целый ряд сопряженных производств. При переработке грунта и десорбции гелия выделяться будет не только гелий, но в еще больших объемах другие элементы, в том числе водород и углерод. Нетрудно также наладить производство кислорода из силикатов. Это значит, что непосредственно на Луне можно организовать производство топлива и окислителя для ракет-носителей. Лунный грунт богат титаном. Выплавка титана позволит производить тяжелые элементы конструкции и корпусов ракет прямо на Луне. С Земли придется доставлять только высокотехнологичные элементы. Необходимая для жизнедеятельности людей и некоторых технологических процессов вода также может производиться на Луне.
Развертывание постоянных лунных баз позволит использовать пребывание человека на Луне не только для добычи гелия-3, но и для других целей. Луна – самый экономичный космодром, который сделает доступным крупномасштабное исследование Солнечной системы. На Луне могут и должны быть развернуты системы контроля астероидной опасности, мониторинга и раннего предупреждения катастрофических явлений и событий на Земле, исследования дальнего космоса и многое другое, что сейчас даже трудно представить.
Что для реализации всего этого нужно сделать?
Прежде всего нужно осознать, что нехватка энергии в ближайшие десятилетия – это реальная проблема для всех жителей Земли, от которой не спрятаться, не уйти. Во-вторых, по-видимому, единственным тотальным и долговременным решением ее, одновременно удовлетворяющим условиям энергетической эффективности и экологической безопасности, является термоядерный синтез на основе использования гелия-3. В-третьих, освоение этого источника энергии – это не очередной проект, который можно решать между делом. Речь идет о гигантской промышленной революции, полное осуществление которой займет, может быть, целое столетие.
Одновременно в нашем сознании поэтический образ далекой Луны должен смениться представлением об объекте практической экономики. После великих географических открытий прошлых веков Луна – это следующий объект приложения изыскательского духа, свойственного человечеству. По последствиям для развития цивилизации освоение Луны аналогично освоению новых континентов. Луна и есть – новый континент, отделенный от Земли океаном космического пространства, который сегодня, однако, легче пересечь, чем Атлантический океан во времена Колумба.
Шаг за шагом – за гелием-3
Несмотря на все эти перспективы, приходится признать тот факт, что пока мы еще очень далеки от возможности их реализации. Когда можно ожидать построения установок термоядерного синтеза на гелии-3? По данным из американских источников, возможно, уже через 15–20 лет, если на этом будут сфокусированы усилия общества и соответствующие инвестиции. Возможно, решение нужно искать на пути синтеза с инерционным удержанием плазмы, а не магнитным удержанием, которое используется в ТОКАМАКах и заложено в основу проекта ИТЭР. Некоторые успешные эксперименты с использованием лазеров и инерционным удержанием уже проведены в США.
Ясно, что гелий-3 понадобится возить с Луны не раньше, чем лет через двадцать. Но для того, чтобы привезти с Луны первую тонну гелия-3, нужно проделать грандиозную работу. Как всегда, когда приступают к разработке какого-либо вида минерального сырья, нужно начать с геологоразведочных работ. Они включают картирование поверхности Луны, выявление и оконтуривание участков с максимальным содержанием полезных компонентов, оценку удобства их эксплуатации. Эта работа должна сопровождаться исследованием геологического строения Луны, выявлением ресурсов для развития локального производства. В том числе большое значение имеет решение вопроса о наличии воды на Луне. Вода в замороженном состоянии может присутствовать в затененных кратерах на полюсах Луны. Свидетельства к этому имеются. Необходима организация экспедиций и исследование образцов с этих участков Луны.
Следующий шаг – проведение экспериментальных вскрышных работ и работ по десорбции летучих из реголита в условиях Луны. Далее – обустройство лунной базы. Проектирование и испытание устройств, предназначенных для производства гелия-3. Для того чтобы обеспечить только подготовительную стадию работ, понадобится доставить на Луну сотни тонн машин и материалов. Интенсивность полетов на трассе Земля–Луна должна составить несколько запусков в год. Сегодня у нас в программе только один запуск аппарата «Луна-Глоб», запланированный на 2012 год.
Страна, которая опередит другие в освоении Луны, станет лидером в мировой экономике. У России есть уникальные шансы. Мы имеем космическую индустрию и опыт освоения Луны автоматическими космическими аппаратами. Мы имеем развитую ядерную физику и атомную энергетику. За счет добычи нефти и газа страна получила огромные деньги, которые без риска дестабилизировать финансовую ситуацию можно вложить только в наукоемкие высокие технологии. Разумно направить эти деньги на проект, имеющий целью замещение их источника.
Сегодня, 14 декабря 2013 года в 17 часов по киевскому времени совершил успешное "прилунение" китайский спутник зондирования Луны «Чанъэ-3» с луноходом на борту.
Ракета, доставившая спутник в космос стартовала 2 декабря текущего года в 01:30 по пекинскому времени с аэродрома «Сичан».
Этот запуск ознаменовал начало второго этапа китайской программы по изучению естественного спутника Земли.
Лунная программа Китая на втором этапе включает в себя выход на лунную орбиту на высоту 9 км, приземление на поверхность Луны, сбор пород с помощью лунохода и отправка их на Землю.
Доставленный им луноход «Юйту» («Нефритовый заяц») в течение как нимимум трех месяцев будет заниматься исследованием геологической структуры спутника Земли и веществ на его поверхности. Цель лунохода — поиск на Луне природных ресурсов.
Первый китайский луноход полтора месяца назад демонстрировался на международной промышленной выставке в Шанхае. Он представляет собой 100 кг шестиколесный аппарат золотистого цвета, оснащенный специальной автономной системой навигации. Название аппарата отсылает к персонажу китайской мифологии — лунному зайцу, который принадлежал богине Луны Чанъэ.
Луноход оснащен автономной системой навигации и может передвигаться по рыхлому лунному грунту со скоростью до 200 метров в час, а также взбираться вверх по поверхностям с 30-градусным уклоном.
Китайский луноход "Юйту" (Лунный кролик) передал в центр управления полетом первые фотоснимки с поверхности спутника Земли.
Автоматический аппарат совершил успешную посадку и съехал на поверхность.
Ранее Китай стал третьей страной в мире после СССР и США, чей космический аппарат совершил мягкую посадку на Луну.
Первые «шаги» аппарата по лунному грунту были в автоматическом режиме отсняты с борта посадочного модуля и отправлены на Землю.
Прилунение «Чанъэ-3» произошло в районе кратера Залив радуги (Sinus Iridum). Спутник сел около 21.00 по пекинскому времени (17.00 мск).
Последний раз космический корабль с Земли побывал на Луне в 1976 году.
Китайская программа исследования естественного спутника Земли условно разделена на три этапа. На первой стадии в 2007 году был успешно осуществлен запуск аппарата «Чанъэ-1», который проработал на орбите 16 месяцев. В результате была составлена трехмерная карта поверхности с высоким разрешением. В 2010 году к Луне был отправлен второй исследовательский аппарат для съемок районов, в одном из которых должен будет приземлиться «Чанъэ-3».
В 2017 году в ходе третьего этапа программы к естественному спутнику Земли КНР направит еще один аппарат, основной задачей которого будет доставка образцов грунта.
В последнее время отношение к Луне явно меняется: в ближайшие годы исследования Луны с помощью автоматических станций возобновят Россия, США, Европейский союз, а также частная компания Astrobotic Technology. Американцы намечают также к 2020 году отправить на Луну пилотируемый корабль. Следующим шагом станет организация на ней постоянной базы, которая послужит и для организации экспедиций к другим планетам Солнечной системы. Один из руководителей фирмы "Боинг" заявил: "Новая американская космическая программа отнюдь не сводится к полёту человека на Марс. Речь идёт об исследовании всей Солнечной системы с помощью пилотируемых аппаратов и автоматических зондов. Луна и Марс - лишь две вехи в этом вековом освоении космоса".
Европейское космическое агентство ESA тоже оценило перспективы лунных полётов и разработало рассчитанную на 20 лет программу. Первые десять лет уйдут на разработку новых технологий. Лунные победы надо планировать заново - с учётом всех чудес техники, появившихся в последнюю четверть XX века. В 2015 году руководители стран Евросоюза должны дать окончательное согласие на эксперимент. Далее в течение десяти лет по два раза в год на луну будут отправлять очередную партию астронавтов. На Луне вырастет целая колония с жилыми модулями, лабораториями, цехами и складами. Строения будут собраны из модулей, подобным применяемым на МКС. Планируется даже соорудить электростанцию и наладить добычу кислорода из лунной породы. За десять лет на Луне побывает 80 человек, а также туда будет доставлено 25 тонн груза.
К 2015 году в России будет разработана Федеральная космическая программа, куда могут войти и проекты исследования Луны и Марса. Со стороны российских учёных поступает немало инициатив по организации экспедиций на Луну и Марс, но какая из них войдёт в Федеральную программу пока неизвестно. При этом российское космическое ведомство считает наиболее разумным создавать поселение на Луне в тесной международной кооперации, как и в случае с МКС.
Возобновление научного интереса к Луне во многом обусловлено тем, что исследования показали: спутник Земли буквально нашпигован рудами металлов, к тому же их легче добывать, чем на нашей планете. На Луне есть большие залежи железа, алюминия, металлов платиновой группы, а также титана - металла весьма редкого на Земле и потому дорогого. Очевидно, в лунном грунте есть и гелий-3, приносимый туда солнечным ветром. Эксперты оценивают его количество в миллион тонн и даже планируют, как доставить его доставку на Землю с помощью небольших транспортных ракет. На Земле этот изотоп гелия встречается крайне редко. Используя его можно было бы осуществить давнюю мечту физиков - получать энергию с помощью термоядерной реакции слияния гелия-3 и дейтерия. Реакторы этого типа работают при сравнительно низкой начальной температуре. Они экологически чище, чем прежние модели реакторов, в которых соединяются тритий и дейтерий. На гелиевых реакторах меньше радиоактивных отходов. Впрочем, и те, и другие реакторы очень далеки от промышленного использования. Создание рентабельной термоядерной установки - одна из приоритетных задач науки XXI века.
В США поговаривают о том, что прибыльным делом могла бы стать доставка на Луну космических туристов. Начиная с первых полётов на Луну, будет разумным брать с собой богатеньких пассажиров. В планах коммерческих фирм - наладить постоянное сообщение с Луной, отправляя туда любящие путешествовать VIP-персоны. Со временем по этому маршруту бизнес-классом могли бы летать туристы, променявшие Канары на Луну, почти не переплачивая за это. Расчёты говорят, что пилотируемый полёт на Луну обойдётся в полтора миллиарда долларов. Огромная, казалось бы, сумма, но столько же стоит сооружение плавучей платформы для нефтедобычи. В одном лишь Северном море сейчас их несколько сотен. А, опять же для сравнения, цена современных атомных авианосцев составляет и вовсе уж три-четыре миллиарда долларов.
Правда, жить астронавтам и космическим туристам придётся отнюдь не в роскошных лунных отелях, которые проектировали архитекторы-футуристы в шестидесятых-семидесятых годах прошлого века. Современные архитекторы говорят, что дома на Луне будут похожи не на многоэтажные отели, а на вкопанные в грунт консервные банки. Вкопанные потому, что лунные станции необходимо защищать от космического излучения, беспрепятственно проникающего к поверхности этого небесного тела. Уровень излучения там в 60 раз выше допустимой нормы для обычного человека и в семь раз выше нормы, положенной астронавту. В силу отсутствия атмосферы не встречают никаких препятствий и микрометеориты. На территории, равной по площади футбольному полю, такой метеорит падает в среднем раз в год.
Защитить людей поможет реголит. Этот похожий на мокрый песок минерал мощным слоем покрывает поверхность лунных морей. Архитекторы предлагают закрывать жилые дома трёхметровыми штабелями мешков, наполненных реголитом. Реголитовые стены также компенсируют резкие температурные колебания от 100 градусов мороза ночью до 150 градусов жары днём - и это в течение одного лунного месяца, за 28 дней. Но и с реголитом есть свои проблемы. Его тончайшая пыль проникает в любую трещину и легко накапливает электрические заряды. Астронавты, побывавшие на Луне, вспоминали, что их сапоги и костюмы были постоянно покрыты толстым слоем пыли. Население лунной станции наверняка будет жаловаться, что пыль, подобно наждачной бумаге, стачивает клапаны, шарниры, подшипники, портит электронику, протирает скафандры.
В любом жилом лунном модуле надо будет создать свою атмосферу с кислородом и азотом в привычных нам пропорциях и с таким же давлением, как на Земле. В Москве, в НИИ медико-биологических проблем космонавтики, разработан "космический воздух" для будущих поселений на Марсе и Луне. Он представляет собой негорючую смесь из кислорода и аргона. Первые опыты прошли успешно. В 2006 году должны были начаться длительные испытания, которые позволят прояснить, можно ли использовать эту смесь в домах космических колонистов.
Американцы же обдумывают компоновки лунных поселений. Они пришли к выводу, что основная база всегда должна находиться на расстоянии не менее километра от места посадок спускаемых аппаратов. Ведь из-за малой силы притяжения Луны пыль и камни в момент старта и посадки космических кораблей превращаются в опасные снаряды. Кроме того, существующий опыт подсказывает, что перемещение по поверхности Луны довольно затруднительное. Поэтому инженеры предлагают построить подвесную канатную дорогу, чтобы доставлять тяжёлые грузы из одного пункта Луны в другой. Малая сила притяжения спутника Земли будет этому благоприятствовать.
Словом, проблем предстоит решить немало. Но вопросы освоения Луны обретают всё более конкретное звучание. Это уже не беспочвенные футуристические фантазии, а решение реальных технических и прочих проблем. Очень даже возможно, что через два-три десятилетия на Землю станут доставлять полезные ископаемые, добытые на Луне. Правда, существуют свидетельства, что там уже кто-то есть, и этот кто-то тоже занят разработкой лунной поверхности. Ведь есть немало фотографий, на которых на поверхности Луны видны развитые ферменные конструкции и странные огромные механизмы. Тогда землянам придётся как-то договариваться с конкурентами. Правда, эти механизмы никто и никогда не видел в работающем состоянии. Возможно, все они давно мертвы, и принадлежат не вездесущим инопланетянам, а являются немым свидетельством былой технической мощи земной працивилизации, которая десятки тысяч или миллионы лет назад занималась добычей полезных ископаемых на ближайшем к Земле небесном теле. Атмосферы на Луне нет, коррозия из-за отсутствия кислорода тоже отсутствует, и просто трудно вообразить сколь долгое время эти гигантские механизмы могли простоять в "законсервированном" виде. В таком случае наш спутник превратится в археологический Клондайк, где вместе с учёными будут трудиться и технические специалисты, черпающие из древних находок самые неожиданные ноу-хау.
В 60-е и 70-е годы прошлого века Луна была самым желанным местом: США и СССР запустили к спутнику Земли беспилотные корабли, после чего американские астронавты высадились на лунную поверхность. Однако с тех пор Луна стала своего рода захолустьем, считает журнал Time. Не то чтобы ученые совсем потеряли интерес к ней, однако большую часть информации о Луне они узнали от спутников GRAIL (программа изучения гравитационного поля и внутреннего строения Луны) и зонда LCROSS (космический аппарат для наблюдения и зондирования лунных кратеров).
Этот новый виток интереса к Луне, считает Time, не только негативно скажется на научных исследованиях, но и может разрушить исторические места приземлений на Луну. По мнению ученых Генри Херцфельда и Скотта Пейса из Института космической политики при Университете Джорджа Вашингтона, новые миссии могут разрушить следы первых визитов человека на Луну.
Эти опасения не новы. Еще в 50-х группа ученых предупреждала США и СССР об исследовании нашего ближайшего космического соседа «с должной заботой». Тогда их беспокоило возможное загрязнение девственной атмосферы Луны, однако этим летом Палата представителей американского конгресса подготовила законопроект для строительства национального исторического парка в районе посадочной площадки корабля «Апполон-11», чтобы сохранить артефакты ранних лет освоения космоса.
Это благородная идея, отмечает Херцфельд, но тут имеется одна проблема: «Если законопроект станет законом, другие нации смогут заявить, что США агрессивно распространяет свой суверенитет на части Луны». А это открытым текстом запрещено Договором о космосе 1967 года.
Ученые утверждают, что лучшим способом решения проблемы будет заключение нового международного договора на уровне ООН, однако это займет несколько лет, а возникший интерес к Луне может навредить исторически важным местам. Если начнется лунный туризм, пусть даже виртуальный, с помощью видеотрансляции из лунохода, есть опасность, что лунная пыль уничтожит следы первых астронавтов.
Наиболее эффективным, по мнению ученых, будет обратиться напрямую к России и Китаю и заключить с ними многостороннее соглашение по вопросам исследования Луны. Что касается лунного туризма, то любая компания должна будет получить разрешение у своего правительства. Хорошая, по мнению Херцфельда, новость заключается в том, что, даже если инициатива конгрессменов и не станет законом, она подтолкнула к обсуждению важного вопроса. И вполне возможно, в будущем кто-нибудь выступит с лучшей идеей о сохранении лунных памятников покорителям космоса.
Интерес, который вызывает в последнее время концепция развития земной цивилизации за счет энергоресурсов, доставляемых с Луны, неслучаен. Речь прежде всего идет о легком изотопе гелий-3. Эта вроде бы чисто научно-технологическая проблема оказывается из разряда тех, которые изменят не только образ жизни землян, но и самые глубинные мировоззренченские взгляды. Мы предлагаем вашему вниманию статью одного из ведущих мировых селенологов, директора Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, академика, член президиума РАН Эрика Галимова.
Ученые заговорили о возможности использования привозимого с Луны гелия-3 в конце 80-х – начале 90-х годов. В 1998 году в Москве состоялась 3-я Международная конференция по исследованию и освоению Луны, на которой двое американских ученых сделали сообщение под интригующим названием: «3-Не на Луне – Персидский залив XXI века». В 2003 году президиум РАН обсудил доклад «О состоянии исследования Луны и планет», в котором снова был поставлен вопрос о гелии-3. На этот раз проблема была услышана.
Проблема энергоресурсов
Нефть и газ сегодня занимают 60–80% в мировом энергобалансе. Существуют разные оценки, но в любом случае углеводородное топливо при современных объемах потребления будет исчерпано до конца этого века. Умеренные оценки предсказывают истощение запасов через 40–50 лет. Энергопотребление на планете неизбежно будет возрастать. К 2050 году ожидается увеличение населения Земли вдвое. Развивающиеся страны резко наращивают экономический потенциал, в особенности Китай и Индия. Если потребление энергии в этих странах на душу населения приблизится к энергопотреблению в США, Европе и Японии, то мировое энергопотребление может возрасти в 5–8 раз.
Каковы возможности замещения нефти и газа в энергобалансе? Существует немало альтернативных источников энергии. Однако даже в совокупности альтернативные источники не способны обеспечить полное замещение углеводородного топлива. Главный недостаток большинства из них в том, что они рассчитаны на потребление рассеянной энергии с малой удельной мощностью. Поэтому даже при теоретически больших ресурсах реальная возможность использования этих источников энергии ограниченна.
Какое бы место ни занимали в будущем альтернативные источники энергии, принципиальное разрешение энергетической проблемы может дать только использование ядерной энергии. Но развитие атомной энергетики сдерживается ее страшным недостатком: производством радиоактивных отходов. Человечество уже сегодня знакомо с последствиями развития ядерных технологий: устрашающими объемами накопленных радиоактивных отходов, необходимостью захоронения атомных реакторов и конструкционных материалов. Массовое развитие атомной энергетики в ее современном варианте неизбежно имело бы катастрофические последствия для экологии.
Термояд на основе гелия-3
Сегодня промышленная атомная энергия вырабатывается только за счет реакции деления ядер урана. Термоядерная энергия известна человечеству только в виде водородной бомбы. Над решением проблемы управляемого термоядерного синтеза наука бьется уже более 50 лет.
В настоящее время удалось почти вплотную приблизиться к цели. Полагают, что она будет достигнута в ближайшие годы при реализации Международного проекта исследовательского термоядерного реактора ИТЭР (ITER). Это будет ядерная реакция дейтерия (D) – тяжелого стабильного изотопа водорода, с тритием (Т) – тяжелым радиоактивным изотопом водорода. В результате образуется гелий-4 (4Не) – основной изотоп гелия и нейтроны. Проблема радиоактивного загрязнения относится и к термоядерному синтезу, основанному на реакции: D + T> 4Не + n (нейтрон). Правда, радиоактивное загрязнение в этом случае меньше, чем при делении урана.
Реакция дейтерия с редким изотопом гелия-3 требует еще более высоких температур, то есть еще более трудно достижимых условий синтеза. Но главное и самое удивительное в том, что термоядерный синтез, основанный на использовании изотопа гелия-3, может быть экологически чистым. Кажется фантастичным, что существует термоядерный процесс, практически не несущий радиоактивности. Дело в том, что ядерная реакция с участием гелия-3 имеет одну особенность, которая делает ее уникальной. В ядерных реакциях, в том числе в реакции синтеза D + T, выделяется мощный, пронизывающий все вокруг поток нейтронов. Нейтроны – быстрые незаряженные (нейтральные) частицы. Они легко проникают внутрь любых материалов, взаимодействуют с химическими элементами и делают их радиоактивными. В реакции D + 3Не > 4Не + p (протон) выделяются не нейтроны, а протоны. С этим связан ряд замечательных преимуществ.
Во-первых, протоны, будучи заряженными частицами, не могут проникать в глубь конструкционных материалов. Поэтому в отличие от нейтронов они не делают эти материалы радиоактивными. Некоторая радиоактивность связана с побочной реакцией D + D. Идеальной была бы реакция 3Не + 3Не > 4Не + 2p. Но осуществление ее требует слишком жестких условий. Это – вопрос более отдаленного будущего. Тем не менее подавляющий выход термоядерной энергии в виде протонов делает реакцию с участием гелия-3, с одной стороны, высокоэффективной, а с другой – минимально радиоактивной.
Во-вторых, нейтроны не только наводят радиоактивность, но и вызывают радиационные повреждения материалов. Это очень быстро делает материалы непригодными к дальнейшему употреблению, требует их изъятия и захоронения в виде радиоактивных отходов. Протоны не повреждают материалы. В отсутствие нейтронного облучения конструкционные элементы термоядерного реактора, использующие гелий-3, могут служить очень долго, в отличие от материалов урановых реакторов и термоядерных реакторов, использующих реакцию дейтерий плюс тритий.
В-третьих, поскольку протоны – заряженные частицы, а электрический ток – это поток заряженных частиц, становится возможным прямое преобразование термоядерной энергии в электрическую, минуя тепловое преобразование. Это позволяет использовать в случае гелия-3 гораздо более эффективные инженерные решения для отбора энергии.
Наконец, в-четвертых, практическое отсутствие радиоактивности и взрывоопасности делает установки термоядерного синтеза на гелии-3 совершенно безопасными в аварийных условиях, в том числе в условиях природных катастроф, террористических актов и т.п.
Экологическая чистота и энергетическая эффективность делают термоядерный синтез на гелии-3 непревзойденным источником энергии. Солнце светит благодаря идущему в его недрах термоядерному синтезу. Овладев им, человечество приобщилось бы к эксплуатации вечного источника энергии.
Природа лунного гелия-3
Однако на пути к достижению конечной цели есть две большие трудности. Первая состоит в том, что гелия-3 практически нет на Земле. Он есть на Луне. Но возможно ли организовать его добычу и доставку на Землю? Насколько это экономически целесообразно?
Вторая трудность состоит в том, что на Земле пока отсутствует технология управляемого термоядерного синтеза. Задача не решена, несмотря на многолетние усилия, даже для более простой реакции синтеза на дейтерии (D) и тритии (Т). Синтез же с участием гелия-3 требует еще более жестких условий.
Прежде чем ставить сложную задачу освоения промышленного термоядерного синтеза на гелии-3, нужно оценить, насколько реальна добыча и доставка гелия-3 с Луны в необходимых количествах и каковы его запасы. Луна, лишенная атмосферы и защитного магнитного поля, подвергается мощному облучению потоком испускаемых Солнцем легких атомов: водорода, гелия, углерода, азота и других. Этот поток, называемый солнечным ветром, попадает на поверхность Луны. Поскольку на Луне нет активных геологических процессов и круговорота веществ, находящийся на поверхности пылевидный материал, называемый реголитом, миллиарды лет накапливает частицы солнечного ветра, в том числе гелия.
Содержание гелия в реголите (лунном грунте) зависит от многих факторов. Прежде всего это – возраст реголита. Чем дольше облучается поверхность, тем больше накапливается в ней внедрившихся частиц солнечного ветра. Крупность зерен реголита также имеет значение. Слишком крупные зерна имеют малую относительную поверхность, а очень мелкие не удерживают гелий. Оптимальным является размер 20–50 микрон (0,02–0,05 мм). Концентрация гелия зависит также от минерального состава зерен реголита. Лучше всего гелий накапливается в ильмените – минерале, содержащем титан (FeTiO3). Луна богата этим минералом.
На каждый атом гелия-3 приходится 3000 атомов обычного гелия (4Не), от которого полезный гелий-3 нужно отделить. В одной тонне лунного реголита содержится в среднем всего около 10 миллиграммов 3Не.
Энергетическая ценность и запасы
Чтобы добыть одну тонну гелия-3, нужно переработать 100 млн. тонн лунного грунта, т.е. участок лунной поверхности площадью 20 квадратных километров на глубину 3 м.
Зато энергетическая мощность гелия-3 огромна. Одна тонна этого вещества обеспечивает работу агрегатов мощностью 10 Гвт (Гвт – миллион киловатт) в течение года. Энергетическая мощность электростанций России составляет 215 Гвт. Иначе говоря, для обеспечения России нужно приблизительно 20 тонн гелия-3 в год. Для обеспечения современной мировой потребности потребуется около 200 т гелия-3 в год. Во второй половине XXI века эта величина, возможно, возрастет до 800–1000 т/год. Запасы гелия-3 на Луне составляет около 1 млн. т. Таким образом, их хватит более чем на тысячу лет.
Экономическая целесообразность
Одна тонна гелия-3 заменяет 20 млн. тонн нефти. При современной стоимости нефти около 50 долларов за баррель стоимость 20 млн. тонн нефти составляет 10 млрд. долларов. Это и есть современная цена 1 тонны гелия-3. Транспортировка одного килограмма груза на траектории Земля–Луна–Земля составляет сегодня приблизительно 20–40 тыс. долларов. Чтобы перевезти 1 т гелия-3, придется перевозить 2–5 т сопровождающего груза в виде контейнеров, охлаждающего оборудования и т.д. Таким образом, перевоз с Луны одной тонны гелия-3 обойдется в 100 млн. долларов. Кажется, огромная сумма. Но это всего лишь 1% того, что стоит энергия, которую одна тонна гелия-3 может обеспечить на Земле.
По расчетам американского астронавта Гаррисона Шмита, по профессии геолога, побывавшего на Луне в составе американской экспедиции «Аполло-17», использование гелия-3, включая все виды расходов на его добычу и доставку, станет коммерчески выгодным, когда производство термоядерной энергии на гелии-3 на Земле достигнет мощности 5 Гвт. По мнению Шмита, предварительные расходы на стадии research & development (исследование и развитие), которые, очевидно, должно взять на себя государство, составят около 15 млрд. долларов. Затем лунный энергетический проект станет привлекательным для частных инвестиций, поскольку он станет прибыльным.
Лунная промышленность
Добыча гелия-3 неизбежно вызывает к жизни целый ряд сопряженных производств. При переработке грунта и десорбции гелия выделяться будет не только гелий, но в еще больших объемах другие элементы, в том числе водород и углерод. Нетрудно также наладить производство кислорода из силикатов. Это значит, что непосредственно на Луне можно организовать производство топлива и окислителя для ракет-носителей. Лунный грунт богат титаном. Выплавка титана позволит производить тяжелые элементы конструкции и корпусов ракет прямо на Луне. С Земли придется доставлять только высокотехнологичные элементы. Необходимая для жизнедеятельности людей и некоторых технологических процессов вода также может производиться на Луне.
Развертывание постоянных лунных баз позволит использовать пребывание человека на Луне не только для добычи гелия-3, но и для других целей. Луна – самый экономичный космодром, который сделает доступным крупномасштабное исследование Солнечной системы. На Луне могут и должны быть развернуты системы контроля астероидной опасности, мониторинга и раннего предупреждения катастрофических явлений и событий на Земле, исследования дальнего космоса и многое другое, что сейчас даже трудно представить.
Что для реализации всего этого нужно сделать?
Прежде всего нужно осознать, что нехватка энергии в ближайшие десятилетия – это реальная проблема для всех жителей Земли, от которой не спрятаться, не уйти. Во-вторых, по-видимому, единственным тотальным и долговременным решением ее, одновременно удовлетворяющим условиям энергетической эффективности и экологической безопасности, является термоядерный синтез на основе использования гелия-3. В-третьих, освоение этого источника энергии – это не очередной проект, который можно решать между делом. Речь идет о гигантской промышленной революции, полное осуществление которой займет, может быть, целое столетие.
Одновременно в нашем сознании поэтический образ далекой Луны должен смениться представлением об объекте практической экономики. После великих географических открытий прошлых веков Луна – это следующий объект приложения изыскательского духа, свойственного человечеству. По последствиям для развития цивилизации освоение Луны аналогично освоению новых континентов. Луна и есть – новый континент, отделенный от Земли океаном космического пространства, который сегодня, однако, легче пересечь, чем Атлантический океан во времена Колумба.
Шаг за шагом – за гелием-3
Несмотря на все эти перспективы, приходится признать тот факт, что пока мы еще очень далеки от возможности их реализации. Когда можно ожидать построения установок термоядерного синтеза на гелии-3? По данным из американских источников, возможно, уже через 15–20 лет, если на этом будут сфокусированы усилия общества и соответствующие инвестиции. Возможно, решение нужно искать на пути синтеза с инерционным удержанием плазмы, а не магнитным удержанием, которое используется в ТОКАМАКах и заложено в основу проекта ИТЭР. Некоторые успешные эксперименты с использованием лазеров и инерционным удержанием уже проведены в США.
Ясно, что гелий-3 понадобится возить с Луны не раньше, чем лет через двадцать. Но для того, чтобы привезти с Луны первую тонну гелия-3, нужно проделать грандиозную работу. Как всегда, когда приступают к разработке какого-либо вида минерального сырья, нужно начать с геологоразведочных работ. Они включают картирование поверхности Луны, выявление и оконтуривание участков с максимальным содержанием полезных компонентов, оценку удобства их эксплуатации. Эта работа должна сопровождаться исследованием геологического строения Луны, выявлением ресурсов для развития локального производства. В том числе большое значение имеет решение вопроса о наличии воды на Луне. Вода в замороженном состоянии может присутствовать в затененных кратерах на полюсах Луны. Свидетельства к этому имеются. Необходима организация экспедиций и исследование образцов с этих участков Луны.
Следующий шаг – проведение экспериментальных вскрышных работ и работ по десорбции летучих из реголита в условиях Луны. Далее – обустройство лунной базы. Проектирование и испытание устройств, предназначенных для производства гелия-3. Для того чтобы обеспечить только подготовительную стадию работ, понадобится доставить на Луну сотни тонн машин и материалов. Интенсивность полетов на трассе Земля–Луна должна составить несколько запусков в год. Сегодня у нас в программе только один запуск аппарата «Луна-Глоб», запланированный на 2012 год.
Страна, которая опередит другие в освоении Луны, станет лидером в мировой экономике. У России есть уникальные шансы. Мы имеем космическую индустрию и опыт освоения Луны автоматическими космическими аппаратами. Мы имеем развитую ядерную физику и атомную энергетику. За счет добычи нефти и газа страна получила огромные деньги, которые без риска дестабилизировать финансовую ситуацию можно вложить только в наукоемкие высокие технологии. Разумно направить эти деньги на проект, имеющий целью замещение их источника.
