Назустріч місячним заводам. Дорогоцінна вода та нові моделі її розвідки [КОМЕНТАР]

Розрахунки NASA дозволяють припустити, що Місяць може мати щонайменше 600 мільйонів тонн водного льоду, придатного для видобутку (є також оцінки, що свідчать про до 1 мільярда тонн). Незалежно від фактичного нарощування, це великі ресурси основної сировини, з якої можна отримати не тільки животворну рідину, але й паливні компоненти для майбутніх обертальних експедицій між Землею та Срібним глобусом …, а також у космічну глибину. Нещодавно група американських вчених створила нову модель показників, визначаючи, де на Місяці виникають найбільш сприятливі умови для експлуатації таких швів.

Дослідники університету Центральної Флориди включили модель розподілу кластерів водного льоду на основі аналізу геологічних структур. З найпростіших доступних — промислова експлуатація води як субстрату в процесі видобутку водню та кисню — двох основних компонентів ракетного палива, що застосовується в даний час — планується вести в майбутньому. Найближчим часом очікується, що їх придбання відбуватиметься безпосередньо на Срібному глобусі, щоб забезпечити дешеві, ефективні та часті ротаційні польоти між Землею та Місяцем.

Схема розгортання та доступності замороженої місячної води була створена для полегшення планування видобутку та операцій у сегменті видобутку космосу. Таким чином, дослідники з Університету Центральної Флориди хочуть дати можливість майбутнім піонерам в експлуатації місячних ресурсів визначити потреби та оперативні припущення їх майбутніх місій.

Центральним значенням у розробленій науковій моделі є т. Зв Індекс сприятливості льоду, тобто показник, що визначає ймовірність виникнення льодових агрегатів на основі поєднання сприятливих факторів навколишнього середовища та рельєфу. Рівняння враховує різні змінні, які впливають на процес утворення водного льоду на полюсах та місячних кратерах — на їх основі було сформовано карту, що охоплює райони Срібного глобуса, де можуть бути виявлені льодові відкладення. Важливо, що модель також включає включення потенціалу появи сировинних ресурсів під поверхнею Місяця, враховуючи вплив минулих подій (наприклад, астероїдних впливів) на те, як ці ресурси могли розвиватися.

При визначенні візуалізації та точного відображення даних на карті використовувались зображення, зроблені місячними зондами та дані, зібрані під час посадки місячних в пілотах у 1969-1972 роках. Результати дослідження були опубліковані в науковому журналі Ікар.

зображення
Місце запланованого посадки в посадці Вікрам індійської місії Чандраян-2 (невдалий суд 7 вересня 2019 р.) — пляма рівнини між кратерами Simpelius N та Manzinus C. Фото. NASA / Lunar Reconnaissance Orbiter Camera [lroc.sese.asu.edu]

 

Дослідники з Університету Центральної Флориди підкреслюють, що під час своєї роботи вони також використовували методологію гірничих компаній на Землі, які виконують точні геологічні вимірювання та неодноразово беруть доступні зразки, перш ніж розпочати належні, дорогі інвестиції. Бізнес-проекти такого типу спочатку базуються на точних моделях розрахунків, результати яких передують рішенню про відкриття ями. Як пояснив проф. Ден Бріт з університету Центральної Флориди, проекти в галузі видобутку місячних та астероїдів більше не є фантастикою. "Є групи, які шукають шляхи реалізації цих заходів. Наша робота допоможе їм наблизитися до досягнення цієї мети", — запевнив він.

Навіть якщо ви знаєте "куди" — чи знаєте ви "як"?

Слід пам’ятати, що місячна вода не настільки доступна і накопичується, як наземні ресурси. За даними дослідників Місячного та планетарного інституту в Х'юстоні, штат Техас, місячні відкладення льоду не мають форми компактної кришки або замерзлого схилу. Вода на Місяці зазвичай у вигляді дрібних зерен льоду, змішаних з грунтом і розташованих переважно в районах, які постійно затінені в кратерах біля полюсів. Тут температура падає до 40 кельвінів (-233,15 ° C), зберігаючи подрібнений водний лід стабільним.

Зерна сильно змішуються зі складними хімічними сполуками — також органічними та металами. У 2009 році місія NASA LCROSS дозволила здійснити експеримент, під час якого було взято зразок "шматуваного пилу та місячного ґрунту, піднятого у повітрі". Аналіз цього матеріалу показав, що частинки води становлять 5,6% випробуваної маси всіх виявлених хімічних сполук. Отримані дані свідчать, що навіть якщо водний лід може бути відокремлений від місячного ґрунту, він все ще дуже неоднорідний і потребує інтенсивного очищення, щоб дозволити виробництво палива.

У 2019 році Джордж Соуерс, інженер космічної архітектури в Колорадоській школі шахт разом із командою з кількох фахівців написав статтю, опубліковану в журналі Досягай, в якому було вказано один із запропонованих способів переробки крижаної води. Він запропонував використовувати обширні підставки із сильно увігнутими дзеркалами вгорі, спорудженими біля краю кратера, для фокусування сонячного світла на постійно затінених місцях. Ця енергія нагрівала б місячний грунт до 220 К (-53,15 ° С), що є достатньо сильним, щоб викликати сублімацію пари льоду.

зображення
Розвідувальний апарат NASA — Летючі речовини, що досліджують полярний розвідувальний ровер (VIPER) — плановий мобільний робот, який буде бродити навколо полюса Південного Місяця в пошуках водяного льоду. Ілюстрація: Дослідницький центр NASA Еймса [nasa.gov]

 

Над відведеним плямою сонячного світла піднімається герметичний намет з прозорим покриттям, що дозволяє захоплювати та зберігати водяну пару. Потім ця частина опиниться у великих алюмінієвих контейнерах, де вона перетвориться назад на лід. Низька гравітація повинна в цьому випадку полегшувати придбання та передачу матеріалів.

Далі, зібрану речовину (ймовірно, робототехнічну) перевозять у космічний «нафтопереробний завод», де видобута вода буде оброблятися промисловим шляхом. Тут також було б розщеплено на водень та кисень — за замовчуванням у процесі електролізу. Нарешті, окремі продукти реакції будуть переведені у рідкий стан (шляхом охолодження чи обробки під тиском), щоб компоненти вже могли використовуватися як ракетне паливо.

Автори нової моделі показника показника інтенсивності льоду — дослідники з Університету Центральної Флориди — працюють над аналогічною концепцією процесу видобутку місячної води. Команда, яку очолив планетолог Філіп Метцгер з Флоридського космічного інституту, навіть отримала грант NASA на суму 125 000 доларів для цієї мети, який був оголошений у травні 2020 року. Мета — розробити рентабельний та логістично обґрунтований спосіб видобутку корисних копалин на Місяці, включаючи воду.

Як і раніше описана ідея Sowers, основна передумова плану UCF — мінімізувати потребу в штучно виробленій енергії, необхідній для видобутку води з місячного ґрунту. Хоча точного шляху ще не було дано, відомо, що запорукою успіху видобутку стане розташування апарату на краю між багатим водою дном холодних кратерів та добре освітленим середовищем. Тоді апарат, що використовує сонячну енергію, зможе ефективно працювати над механічним витягом суміші сировини, яка потім буде розбита в кінцевому рахунку без залучення значної кількості енергії. На відміну від проекту Колорадо школи шахт, відділення води відбудеться лише на більш пізньому етапі процесу очищення.

Пісня про (не) далеке майбутнє

Незалежно від використовуваного методу, реалізація сценарію виробництва місячного палива неодмінно змінить масштаб космічного польоту. Корабам, відправленим із Землі, більше не доведеться брати з собою запас палива для повернення з орбіти Місяця. Подібні операції з наповнення резервуарів також стали б можливими безпосередньо на орбіті Землі. Подальше очищення палива може продовжуватися на деяких астероїдах, які мають належну кондицію — в майбутньому вони служать своєрідним розподільником космічного палива.

зображення
Зображення з спектрометра Мінералогенератора NASA Moon Mineralogy (присутній на зонді індійського Чандраян-1), що показує наявність слідів водного льоду на полюсах Місяця — південь (ліворуч) та північ (праворуч). Зображення: NASA [nasa.gov]

 

Хоча цей приклад все ще має більше спільного з науково-фантастичною історією, ніж наша реальність, його амбітні підприємці вже використовують як план розвитку свого насіннєвого бізнесу. За цим також супроводжуються реальні регуляторні дії центральних органів влади таких країн, як США або Люксембург, які є т. Зв "Втеча вперед" розуміється як заздалегідь позиціонування у найбільш сприятливих стартових блоках для очікуваної гонки — навіть не стільки про самі космічні ресурси, скільки про цілком реальні прибутки в результаті технологічних інновацій та капіталу, накопиченого компаніями, що розвиваються, на хвилі інтересу до видобутку космосу. Завжди варто заохочувати такі суб'єкти інвестувати та працювати на власній території та на власних умовах, навіть якщо не зовсім передбачається, що сценарії видобутку будуть реалізовані незабаром.

Тому є багато свідчень про те, що геологічна модель американських вчених довгий час не матиме можливості продемонструвати її практичну, вимірювану ділову цінність. Однак у випадку суворо дослідницької діяльності, яку провідні космічні агенції хочуть здійснити набагато раніше — американська НАСА, європейська ESA, китайська CNSA або індійська ISRO. Вони, звичайно, вже мають свої маршрути, щоб дістатися до Місяця для постійної розвідки, включаючи спроби отримати необхідну сировину з поверхні Місяця. Тут гонка вже триває, і наступні кілька років ознаменуватимуться дуже цікавим завершенням цього змагання. Однак це тема для окремих міркувань.

Facebook Comments