The Prime Russian Magazine

Единственный естественный спутник Земли составляет вместе с нашей планетой уникальную в Солнечной системе структуру, в которой соотношение размеров и масс обоих тел характеризует их скорее как двойную планету, чем как классическое образование родительской планеты и спутника. С точки зрения космической экспансии человечества Луна — естественная инфраструктура Земли. Само собой, решение вопросов освоения Луны неразрывно связано с прогрессом фундаментальных исследований и расширением наших знаний о природе земного спутника. По мере продвижения в этом направлении изменяются и наши представления о том, как и зачем необходимо осваивать Луну. Характерный пример — разработка проблемы использования Луны как источника энергии для нужд человечества. В конце прошлого века наибольшей популярностью пользовалась идея использования в качестве энергетического ресурса изотопа гелий-3, извлекаемого из поверхностного слоя лунного грунта. Предполагалось, что этот изотоп можно использоваться в наземных реакторах, работающих на принципе ядерного синтеза, в реакции «дейтерий — гелий-3». По различным оценкам, одна тонна гелия-3 могла бы обеспечить получение 0,1 ТВт энергии. Иными словами, при термоядерном синтезе, когда 1 т гелия-3 вступает в реакцию с 0,67 т дейтерия, высвобождается энергия, эквивалентная сгоранию примерно 15 млн т нефти. Основными преимуществами такого процесса получения энергии могли бы быть полное отсутствие выделения газов, способствующих возникновению парникового эффекта в земной атмосфере (CO2 и др.), более низкий уровень выделения паразитного тепла в атмосферу (всем известное «глобальное потепление»), практически полное отсутствие радиоактивных отходов и резкое уменьшение потребности в добыче угля, нефти и газа. На Земле гелий-3 отсутствует, но в поверхностном слое лунного грунта содержится значительное количество этого элемента, постоянно пополняемое облучением солнечного ветра. Автор этих заметок узнал о подробностях идеи использования лунного гелия-3 от выдающегося физика-атомщика, ближайшего сподвижника И. В. Курчатова и большого энтузиаста использования энергии управляемого термоядерного синтеза Игоря Николаевича Головина. В частности, его интересовала реакция «дейтерий — гелий-3». В то время (конец 80‑х годов прошлого века) И. Н. Головин разрабатывал конструкцию реактора для реализации подобной реакции. Но, как было уже сказано, на Земле гелий-3 практически отсутствует, и Игорь Николаевич просил сделать оценки лунных запасов этого изотопа. Оказалось, что современный поверхностный слой лунного грунта содержит такое количество гелия-3, которое могло бы обеспечить энергоснабжение всего человечества в течение 5 тыс. лет. Но в отличие от земных углеводородов (угля, нефти и газа) этот энергоноситель имеет неисчерпаемые ресурсы, поскольку постоянно пополняется облучающим лунную поверхность солнечным ветром. Одно время идея лунного гелия-3 захватила многих специалистов-атомщиков и специалистов в области космической техники. Считалось, что разработки этого изотопа на лунной поверхности могут оказаться весьма прибыльными и освоение Луны только ради этого оправданно с разных точек зрения — энергетики, экономики, экологии и т. д. Оставался вопрос о реализации управляемого ядерного синтеза. И к настоящему времени это направление уже не кажется столь заманчивым. Более подробный анализ показал, что для осуществления реакции «дейтерий — гелий-3» требуется обеспечить значительно более высокий температурный порог. Необходимо достигнуть температуры приблизительно в миллиард градусов, чтобы реакция могла начаться. Может быть, наши потомки овладеют соответствующими навыками, но в ближайшем будущем, увы, идея лунного гелия-3 не представляется реализуемой. По-видимому, энергетическая проблема с использованием Луны в обозримом будущем может решаться иным путем. Наиболее хорошо известным источником космической энергии служит Солнце. Лунная солнечная энергетическая система может собирать солнечную энергию на лунной поверхности и передавать на Землю с помощью, например, СВЧ-излучателей. Мощность такой энергетической системы могла бы достигнуть 20 тыс. кВт уже к 2050 году. Но в этом случае встает вопрос о громадных объемах строительных работ на Луне, и, соответственно, возникает трудно решаемая проблема создания недорогой, но эффективной транспортной системы. Если основываться на современном уровне развития ракетной техники, то не исключено, что предполагаемые запуски тяжелых грузовых ракет потребуется осуществлять чуть ли не каждую неделю. И с точки зрения экономики, и с точки зрения экологии (выбросы сгораемого ракетного топлива в атмосферу) такое направление освоения Луны вряд ли можно признать целесообразным. Конечно, не исключено, что развитие техники и технологии в будущем сделает возможным значительное удешевление транспортных систем и в то же время существенное повышение эффективности энергопреобразователей, которые в настоящее время мы называем солнечными батареями. Но есть еще одна область практического использования лунных ресурсов, теоретическую и технологическую разработку которой следует начать уже теперь. «Хлеб насущный» высоких технологий — это редкоземельные металлы. В любом компьютере вы обнаружите то или иное количество представителей платиновой группы металлов. Однако, по данным последнего аналитического отчета Goldman Sachs, глобальный дефицит редкоземельных металлов поднял цены на них от уровня 2009 года почти десятикратно, и по всем оценкам рост цен продолжится дальше. На сегодня 90 % международного рынка редкоземельных металлов контролирует Китай. В 2010 году стоимость 1 кг этих материалов доходила уже до 10,32 долларов. По оценкам австралийской Lynas Corp, к концу прошлого года стоимость 1 кг редкоземельных металлов на мировом рынке достигала уже 162,66 долларов. Коммерсантов прежде всего интересуют шесть элементов, известных как платиновая группа металлов (PGM): иридий, осмий, палладий, родий, рутений и собственно платина. Эти элементы, редко встречающиеся на Земле, обладают уникальными химическими и физическими свойствами, которые делают их жизненно необходимыми индустриальными материалами, в первую очередь в ядерной энергетике и в области высоких технологий. Какие же пути решения этой проблемы предлагают современные наука и практика? Два года назад в США была создана частная организация Planetary Resources, Inc., целью деятельности которой были объявлены поиски и разработка редкоземельных металлов за пределами Земли. В прошлом году Международная академия астронавтики образовала так называемую рабочую группу SG 3.17, перед которой также была поставлена задача поисков и утилизации материальных ресурсов в ближнем космосе. Автор этих заметок, ранее в своих исследованиях уделявший достаточно много внимания изучению космических ресурсов, был приглашен руководством обеих организаций к сотрудничеству. Как же представляется на современном уровне решение указанной проблемы? В последнее время основные дискуссии сводятся к использованию ресурсов, сосредоточенных в сближающихся с Землей астероидах. По современным оценкам, 90 % от общего числа астероидов — каменные, и только несколько процентов — металлические (железо-никелевые). Но даже в небольшом (диаметром около 1 км и массой 2 млрд т) каменном астероиде металлическая фракция составляет примерно 200 млн т. Основная часть этой фракции приходится на железо, к «малым» составляющим относятся никель — 30 млн т, кобальт — 1,5 млн т и металлы платиновой группы (серебро, золото, платина) — 7,5 тыс. т. Рыночная стоимость только этой самой небольшой части астероида в настоящее время может составить более 150 млрд долларов. Особое внимание следует обратить на содержание кобальта. На Земле этот металл используется в основном для получения специальных сплавов, обладающих такими качествами, как высокие жаропрочность и твердость, устойчивость перед коррозией и т. д. Промышленное содержание кобальта в земных рудах составляет от долей процента до 4 %. Мировые запасы кобальта оцениваются сегодня величиной около 3 млн т. Следовательно, только один небольшой каменный астероид, сближающийся с Землей, заключает в себе половину всех земных стратегических ресурсов этого металла. При современном уровне добычи руды и производства никеля на Земле масса этого металла, содержащаяся лишь в небольшом металлическом астероиде, соответствует потребностям всего человечества в течение 2 тыс. лет (!). В то же время при существующих темпах производства кобальта на Земле (около 50 тыс. т в год) его естественные запасы будут исчерпаны за ближайшие 60 лет, то есть примерно в первой половине текущего столетия. Кобальт в одном небольшом металлическом астероиде обеспечит все земные потребности в течение 10 тыс. лет. Очевидно, что успешная промышленная разработка только одного небольшого астероида позволит практически ликвидировать на Земле рудные и промышленные мощности по производству никеля и кобальта. Неудивительно, что новый проект NASA США, разработанный Институтом космических исследований Кека, предусматривает захват 500‑тонного астероида размером около 7 м с помощью специального «мешка», а затем буксировку его на окололунную эллиптическую орбиту или в точку Лагранжа L2 системы Луна — Земля для дальнейшей разработки и транспортировки полученных материалов на Землю. Общая стоимость проекта может составить 2,65 млрд долларов, выбрать астероид планируется к 2016 году. Аналогичный по технологии проект рассматривает и частная организация Planetary Resources, Inc. Но самыми сложными задачами могут оказаться «поимка» тела, движущегося с космической скоростью, и высокие энергетические затраты на его транспортировку и маневры в ближнем космосе. Вот тут и следует обратиться к нашему спутнику Луне. Ранее считалось, что тело, падающее на Луну с космической скоростью, практически испаряется в момент соударения, не оставляя следов на лунной поверхности. Новые компьютерные модели показали, что если скорость астероида не превышает 12 км / с, то остатки такого «ударника» не испаряются, а сохраняются на дне кратера в виде раздробленного вещества. Исследователи попытались оценить число подобных отложений на Луне, вычислив скорость падения астероидов, упавших на спутник Земли в прошлом, по глубине и размерам образовавшихся при этом кратеров. Количество возможных астероидных аномалий оказалось неожиданно большим: примерно четверть из всех существующих лунных кратеров может содержать фрагменты упавших тел. Следовательно, к числу возможных лунных ресурсов вполне обоснованно можно отнести никель, кобальт и платиноиды астероидного происхождения. Допустим, что мы обнаружили ударный кратер, образованный «медленным» сравнительно небольшим металлическим астероидом диаметром в 1,5 км. По всем оценкам, подобный астероид первоначально содержал в себе различных металлов, в том числе драгоценных, на сумму 20 трлн долларов по современной рыночной цене. Даже если на дне ударного кратера сохранилось около 1 % массы ударника, стоимость этого материала составит примерно 0,2 трлн долларов. Материал лежит на поверхности в уже раздробленном состоянии и не требует каких‑то горнорудных приемов для его разработки. Нетрудно прикинуть, что простой лунный грузовик, доставляющий хотя бы часть этого богатства на Землю, станет весьма прибыльным космическим предприятием.

comments powered by Disqus