Какие металлы есть на луне
Обновлено: 09.05.2024
Больше 384 тысяч километров отделяет планету Земля от Луны — ближайшего небесного тела с огромным количеством ресурсов. По космическим меркам наш естественный спутник находится настолько близко, что, кажется, до его богатств рукой достать.
Но на дворе уже XXI век, а крупные мировые державы по-прежнему не доказали на практике, что освоение Луны возможно. Хотя борьба за космические ресурсы разгорается нешуточная: США, Россия и Китай продолжают состязаться в гонке за право стать первооткрывателем лунных запасов.
Добыча на Луне. Такие далёкие ископаемые…
Учёные давно доказали, что в недрах Луны залегают такие полезные ископаемые, как титан, железо, алюминий, магний, кремний, хром, фосфор, редкоземельные металлы. Кроме того, в кратерах спутника хранятся большие запасы воды в виде льда, а в грунте содержится кислород.
Однако ресурсы, привычные для человека, добывать не спешат. Одна из главных причин — нерентабельность. Одни только затраты на транспортировку стоят немыслимых денег.
Справедливости ради заметим, что не все придерживаются таких взглядов. Некоторые учёные приводят достаточно веские доказательства того, что в современном мире добыча традиционных ресурсов на Луне целесообразна. Но, опять же, в рамках глобальной космической миссии они остаются малозамеченными.
Куда заманчивей для человечества видится возможность получения изотопа гелий-3. На Земле это вещество практически отсутствует: в атмосфере нашей планеты содержится всего около 35 тысяч т. Тем временем в слоях поверхности Луны содержится около 500 млн тонн гелия-3. Ценность изотопа переоценить трудно — не зря его прозвали сокровищем спутника.
На Земле гелий-3 получают не из природных источников, а путём радиоактивного распада искусственно полученного трития. Объёмы производства незначительные, дефицитный продукт направляется только на нужды чрезвычайной важности. В основном его используют в науке и медицине: к примеру, медикам изотоп необходим для использования в аппаратах МРТ, учёным — для охлаждения до очень низких температур.
Стоимость 1 кг гелия-3 достигает около $15 млн.
Мировые гиганты промышленности устремились в погоне за гелием-3 ради другой цели. Предмет мечтаний многих стран сегодня — достижение «космических» успехов в ядерной энергетике. «Лунное сокровище» считается идеальным топливом, с которым отпадёт необходимость в поиске и добыче традиционных топливных ресурсов.
Учёные всего мира давно говорят об исключительных характеристиках гелия-3. Судите сами: по расчётам, с помощью термоядерного синтеза из 1 кг изотопа можно получать 19 МВт. Следовательно, одна тонна гелия-3 теоретически может дать столько же электроэнергии, сколько сейчас вырабатывают при сжигании 15 млн т нефти.
Цифры ошеломительные. Если мы начнём добывать на Луне гелий-3, планета Земля избавится от зависимости в топливном сырьё на тысячелетия. По разным данным, изотопа может хватить на период от 3 до 10 тысяч лет. И ещё один приятный бонус: изотоп не радиоактивен, а, значит, безупречен с экологической точки зрения. Единственное «но»: учёные по-прежнему не могут до конца освоить технологию промышленного «сжигания» гелия-3 в реакторах.
Борьба за лунные ресурсы
Чтобы лучше понять, почему никто не подошёл к реальному освоению полезных ископаемых на Луне, нужно также окунуться в правовой вопрос.
С 1979 года действует «Лунный договор», который нарёк космические тела объектами всеобщего достояния. Однако на практике документ так и не стал регуляторным инструментом. Во-первых, его ратифицировали всего лишь 18 стран мира. Во-вторых, в этом списке нет России, США, Китая, Индии, то есть ключевых космических держав.
«Лунный договор» больше носит рекомендательный характер при распределения космических ресурсов. Так что неудивительно, что богатства спутника Земли, имеющего размытый юридический статус, получили яркую «политическую» окраску.
Россия, США и Китай пускают в ход всевозможные средства достижения цели. Так, у каждой «космической сверхдержавы» есть собственная лунная программа.
Как Россия будет осваивать Луну
Наши соотечественники совершали множество попыток начать добычу полезных ископаемых на Луне. Последнюю программу лунных исследований «Роскосмос» представил в аккурат перед наступлением 2021 года.
Согласно «дорожной карте», уже в этом году «Роскосмос» намерен запустить с Земли посадочную станцию «Луна-25». Через 2 года к небесному телу должен прилететь орбитальный аппарат «Луна-26», а в 2024-ом — посадочная станция «Луна-26».
«Луну-25» отправят для поисков льда на южном полюсе небесного тела. Кроме того, тестовая станция первой попробует провести мягкую посадку. Миссия следующего аппарата заключается в картографировании и дистанционном исследовании поверхности Луны. Станция «Луну-27» отправится в путешествие для взятия пробы грунта на южном полюсе спутника.
К 2035 году Россия пообещала развернуть на Луне собственную постоянную базу. Для её полноценного функционирования нашим учёным предстоит изготовить «космический буксир» с ядерной энерго-двигательной установкой. И, в частности, его можно будет задействовать в поисках полезных ископаемых.
К слову: в 2021 году российские учёные создали прототип прибора для лунохода. Ожидается, что устройство найдёт применение при разведке платиноидов, драгоценных и редкоземельных металлов.
Китай приобщается к Луне
Китай — новичок на космической арене. Первая лунная программа Поднебесной была представлена миру в 2003 году. Страна начала с тестового запуска орбитальных аппаратов «Чанъэ-1» и «Чанъэ-2». В 2013 году на Луну успешно приземлился посадочный аппарат «Чанъэ-3» с с луноходом «Юйту». Уже в 2019 году на спутник приземлился ещё один китайский аппарат «Чанъэ-4».
Сейчас Китай держит планку амбициозности на уровне США и России. Реализация этапа «Чанъэ-5» проходила под конец 2020 года. Страна отправила на Луну модуль исследовательского зонда для сбора грунта.
«Чанъэ-5» 17 декабря 2020 года успешно приземлился с 2 кг лунной земли на территории автономного района Внутренняя Монголия. Это событие стало первой миссией по доставке грунта на Землю, начиная с 1970-ых годов.
Китайская Народная Республика ворвалась в космическую гонку стремительными темпами. В дальнейшем Поднебесная, как и конкуренты, хочет обосновать на Луне постоянную научно-исследовательскую станцию. Недавно государство заявило, что готово сотрудничать с другими странами и частными компаниями, которые реализуют свои космические проекты.
Лунная программа США
В 2019 году, будучи ещё президентом США, Дональд Трамп поручил NASA в сжатые сроки разработать принципиально новую программу освоения Луны. Довольно скоро весь мир узнал о космической миссии под символичным названием «Артемида» — с намёком на продолжение первого проекта «Аполлон».
Новый план включает в себя первую в мире высадку экипажа с первой женщиной на Луне. Конечная цель «Артемиды» — строительство базы для комплексного изучения недр спутника и старта освоения полезных ископаемых.
Программа США состоит из 3 ключевых этапов. На 2021-2022 годы страна наметила запуск беспилотной капсулы, которая пробудет на орбите вокруг Луны 25 суток и вернётся обратно. В 2023-м американцы должны полностью облететь небесное тело. Через год NASA планирует произвести высадку космонавтов и начать добычу полезных ископаемых.
После презентации «Артемиды» США начала дерзкую политику «захвата» лунных ресурсов. Дональд Трамп 6 апреля 2020 года переиграл остальные державы, подписав указ о разрешении вести коммерческое освоение космических богатств.
В документе говорится, что Соединённые Штаты более не признают «Лунный договор». Другими словами, страна перестала считать Луну всеобщим достоянием и наделила саму себя правом разворачивать любую деятельность, не считаясь с другими государствами.
В «Роскосмосе» расценили указ Трампа как «попытку экспроприации космического пространства и агрессивные планы по фактическому захвату территорий других планет». Космическая гонка пошла по непредсказуемому сценарию: экстраординарное «па» США спровоцировало международный конфликт.
Космические державы на пороге войны?
В октябре 2020 года США инициировали «Соглашение Артемиды», которое установило новые условия ведения проектов освоения Луны. Документ подписали 8 стран: США, Великобритания, Италия, Канада, Австралия, Япония, ОАЭ и Люксембург.
Новоявленные партнёры договорились между собой, что отныне имеют право добывать там полезные ископаемые. Правда, с сохранением запрета на провозглашать себя собственником Луны. Главные конкуренты: Россия и Китай — участвовать в соглашении отказались, ссылаясь на довлеющую роль штатов в будущем международном сотрудничестве.
А потом конфликт временно отошёл на второй план. Весь мир пристально следил за выборами нового президента США. Ещё до официальных результатов Джо Байден слегка утихомирил космическую гонку, поставив в приоритет своей будущей политики в сторону «заботы о Земле» и решения проблем изменения климата.
В 2021-ом страсти по космосу вернулись на круги своя. Недавно глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин заявил, что наша лунная программа стоит «раз в 10 дешевле американской», но при этом принесёт куда большую пользу науке. И Россия не будет участвовать ни в какой гонке, пока не поймёт «смысл призового фонда», процитировал 2 февраля «ТАСС» слова директора компании.
Как накануне сообщил The Wall Street Journal, Минобороны США и NASA решили создать коалицию для противодействия «вызовам России и Китая», включая космические проекты. Американские военные выразили готовность защищать свои лунные базы и места добычи полезных ископаемых.
В свою очередь, Россия и Китай прорабатывают возможность объединения сил для изучения Луны. Совсем недавно стало известно, что «Роскосмос» обсуждает с Поднебесной возможность реализации совместного проекта по строительству научной лунной станции.
Пока что космические проекты используют в качестве инструмента политического давления. Но рано или поздно должен наступить момент, когда кто-то переступит финишную черту, и в мире разразится «лунная лихорадка».
Полезные ископаемые на Луне: теории, проекты добычи, состав почвы и необходимый уровень технологического развития
Луна – естественный спутник Земли. Полвека назад человек впервые ступил на его поверхность. С тех пор появились реальные возможности для непосредственных научных исследований поверхности и недр этого небесного объекта. Есть ли на Луне полезные ископаемые? Что это за ресурсы, и можно ли их добывать? Ответы на эти вопросы вы найдете в нашей статье.
Луна и ее внутренняя структура
У нашей планеты имеется лишь один естественный спутник – Луна. Это самый близкий к Солнцу спутник в пределах всей Солнечной системы. От Земли Луна находится на расстоянии в 384 тысячи километров. Ее экваториальный радиус равен 1738 км, что примерно соответствует 0,27 земного радиуса.
Прежде чем рассказывать о полезных ископаемых на Луне, следует максимально подробно описать внутреннюю структуру этого небесного тела. Итак, что известно ученым на сегодняшний день?
Как и планета Земля, Луна состоит из ядра, мантии и внешней коры. Лунное ядро относительно небольшое (всего 350 км в диаметре). В нем содержится много жидкого железа, также встречаются примеси никеля, серы и некоторых других элементов. Вокруг ядра находится слой частично расплавленного вещества, возникший в результате кристаллизации магмы около 4 миллиардов лет назад (вскоре после образования самой Луны).
Мощность лунной коры изменяется от 10 до 105 километров. Причем ее толщина заметно меньше на той стороне спутника, которая обращена к Земле. Глобально в лунном рельефе можно выделить две зоны: гористую материковую и пониженную – так называемые лунные моря. Последние – это не что иное, как огромные кратеры, сформировавшиеся в результате бомбардировки поверхности Луны астероидами и метеорами.
Поверхность Луны
Мы уже привыкли осознавать, что под нашими ногами находится многометровая толща осадочных пород – известняков, песчаников, глин. Но Луна – не Земля. Здесь все устроено по-другому, и горных пород осадочного происхождения здесь попросту нет и быть не может. Вся поверхность нашего спутника покрыта реголитом или «лунным грунтом». Это смесь мелкообломочного материала и тонкодисперсной пыли, образованная в результате постоянной метеоритной бомбардировки.
Толщина реголитного слоя Луны может достигать нескольких десятков метров. А на некоторых участках поверхности она не превышает и двух сантиметров. Внешне этот слой напоминает серо-коричневое одеяло из пыли. Кстати, сам термин «реголит» происходит от двух греческих слов: «литос» (камень) и «реос» (одеяло). Любопытно, что по своему запаху реголит напомнил астронавтам аромат пережженного кофе.
Следует отметить, что себестоимость транспортировки одного килограмма вещества с Луны оценивается примерно в 40 тысяч долларов. Тем не менее американцы, в общей сложности, уже доставили на Землю свыше 300 килограммов реголита с разных участков поверхности спутника. Это позволило ученым провести тщательный анализ лунного грунта.
Как оказалось, реголит рыхлый и достаточно неоднородный. При этом он хорошо слипается в комочки, что объясняется отсутствием окисной пленки. В верхнем слое реголита (не глубже 60-тисантиметров) преобладают частички размером до одного миллиметра. Лунный грунт полностью обезвожен. В его основе – базальты и плагиоклазы, которые по своему составу практически аналогичны земным.
Итак, есть ли под слоем реголита какие-либо полезные ископаемые на Луне? Об этом вы узнаете далее из нашей статьи.
Полезные ископаемые на Луне: полный список
Не стоит забывать, что Земля и Луна – это, по сути, единокровные сестры. Поэтому вряд ли недра нашего единственного спутника скрывают в себе какие-либо минеральные сенсации. Но все же, какие полезные ископаемые есть на Луне? Давайте разбираться.
Нефть, уголь, природный газ… Этих минеральных ресурсов на Луне нет и быть не может, ведь все они – биогенного происхождения. Так как на нашем спутнике нет ни атмосферы, ни органической жизни, их формирование попросту невозможно.
Однако в недрах Луны залегают различные металлы. В частности, железо, алюминий, титан, торий, хром, магний. В составе лунного реголита также обнаружены калий, натрий, кремний и фосфор. С помощью автоматической межпланетной станции Lunar Prospector, запущенной в 1998 году, удалось также определить локализацию того или иного металла на лунной поверхности. Так, например, выглядит карта распространения тория на Луне:
В целом все лунные породы и минералы можно условно поделить на три группы:
- Базальты лунных морей (пироксен, плагиоклаз, ильменит, оливин).
- KREEP-породы (калий, фосфор, редкоземельные элементы).
- ANT-породы (норит, троктолит, анортозит).
Помимо всего прочего, на Луне также были обнаружены значительные запасы воды в виде льда (в общей сложности около 1,6 млрд тонн).
Гелий-3
Пожалуй, главным и наиболее перспективным в плане освоения ископаемым на Луне является изотоп гелий-3. Земляне рассматривают его как возможное термоядерное топливо. Так, по мнению американского астронавта Гаррисона Шмидта, добыча этого легкого изотопа гелия в ближайшем будущем сможет решить проблему энергетического кризиса на Земле.
Гелий-3 в научных кругах нередко называют «горючим будущего». На Земле он встречается крайне редко. Все запасы этого изотопа на нашей планете оцениваются учеными не более чем в одну тонну. Исходя из этого, стоимость одного грамма вещества равна одной тысяче долларов. При этом один грамм гелия-3 способен заменить до 15 тонн нефти.
Стоит отметить, что наладить процесс добычи гелия-3 на поверхности Луны будет нелегко. Беда в том, что в одной тонне реголита содержится всего лишь 10 мг ценного топлива. То есть для освоения данного ресурса на поверхности нашего спутника нужно будет построить настоящий горно-обогатительный комплекс. Очевидно, что в ближайшие десятилетия это неосуществимо.
Проекты по добыче полезных ископаемых на Луне
Человечество уже всерьез задумывается и о колонизации Луны, и об освоении ее минеральных ресурсов. Теоретическая добыча полезных ископаемых на Луне вполне возможна. Но вот практически осуществить это очень непросто. Ведь для этого на поверхности нашего спутника нужно будет создать соответствующую промышленную инфраструктуру. Причем все необходимое придется привезти с Земли – материалы, воду, топливо, технику и т. д.
Тем не менее определенные проекты уже разрабатываются. Так, американская компания SEC планирует всерьез заняться добычей лунного льда и производством на его основе топлива для космических кораблей. Для этого планируется использовать как роботов, так и живых людей. NASA еще в конце 2017 года объявила о приеме заявок с технологическими предложениями по добыче ресурсов на космических объектах. Специалисты этого ведомства надеются, что добыча полезных ископаемых станет реальностью уже к 2025 году.
А вот Китай всерьез заинтересован редкоземельными элементами, которые содержатся в лунной коре. Для изучения и освоения этого ресурса страна планирует основать на Луне специальную исследовательскую базу. Не отстает от ведущих космических держав и Российская Федерация. К 2025 году Роскосмос планирует создать серию роботов для добычи полезных ископаемых на Луне.
В заключение…
Полезных ископаемых на Луне как таковых нет. По крайней мере, в нашем, земном, понимании этого термина. Тем не менее в лунной коре, в частности, в реголите обнаружен целый ряд металлов. Среди них – железо, алюминий, титан, торий, хром, магний и прочие. Добыча минеральных ресурсов на поверхности Луны теоретически возможна, однако практически пока не является целесообразной.
Что на самом деле находится под поверхностью Луны, по данным НАСА
Как и Земля, Луна также имеет кору, мантию и ядро. Однако её центр состоит из железа и никеля, что делает её вторым по плотности спутником в нашей Солнечной системе после Ио, одного из 79 спутников, вращающихся вокруг Юпитера.
Твердое внутреннее ядро нашей Луны имеет диаметр 480 километров, а внешнее ядро из расплавленного жидкого железа увеличивает общий диаметр до 660 километров (по данным НАСА). Он мал по сравнению с большинством других небесных тел, которые обычно имеют ядра, составляющие половину их общего диаметра, как у Земли. По данным Space, литосфера составляет большую часть внутренней части Луны толщиной примерно 1000 км. Ширина мантии составляет около 1350 км, а ширина коры всего 50 км. Как ни странно, сторона Луны, обращенная к Земле, имеет более тонкую кору, чем сторона, обращенная от нее и по данным НАСА, ученые не знают почему.
В свое время Луна была осаждена вулканической активностью. Образовавшиеся потоки лавы помогли сформировать обширные равнины, которые легко увидеть в телескоп. Как только магма остыла, она затвердела, что в свою очередь, вероятно, привело к расколу внутренних слоев. Эти различные слои элементов классифицируют Луну как «дифференцированный мир». Со временем самые тяжелые элементы опустились к центру Луны, а более легкие остались на поверхности или рядом с ней.
До сих пор нет точного мнения о том, как именно образовалась Луна. Преобладающая теория состоит в том, что «протопланета размером с Марс» врезалась в молодую Землю и образовавшиеся обломки разрушились, образовав Луну. Химический анализ показывает, что её состав относительно близок к земному. Однако ученые обнаружили, что породы на светлых равнинах (лунные нагорья) на самом деле содержат меньше металлических минералов, чем на более темных равнинах. Это имеет смысл только в том случае, если Земля уже сформировала свое ядро, мантию и кору до столкновения, оставив Луну без металла. Однако камни, найденные на более темных равнинах Луны, содержат больше металла, чем те, что найдены на Земле (согласно НАСА).
В 2011 году НАСА запустило миниатюрный радиочастотный прибор (Mini-RF) на борту лунного разведывательного орбитального аппарата, который до сих пор вращается вокруг Луны. Его первоначальной задачей было найти лед на поверхности, но одиннадцать лет спустя. он нашел кое-что еще.
Измеряя электрическое свойство лунного грунта внутри кратеров, называемое диэлектрической проницаемостью, Mini-RF обнаружил, что это свойство увеличивается в кратерах шириной от 2 до 5 км, но остается неизменным для кратеров шириной от 5 до 20 км. Эссам Хегги, исследователь миссии и другие ученые думали, что это корреляция у которой нет причин для существования.
Добыча полезных ископаемых на Луне — лишь вопрос времени
После сравнения данных, полученных с помощью Mini-RF с картами оксидов металлов, сделанными с помощью широкоугольной камеры LRO, они подтвердили, что более крупные кратеры с более высокими «диэлектрическими свойствами напрямую связаны с концентрацией этих металлических минералов».
В то время как первые несколько сотен метров ниже серебристой поверхности Луны могут быть лишены каких-либо драгоценных металлов, чем глубже вы идете . тем больше драгоценных металлов. Эти открытия подкрепляют миссию НАСА «Лаборатория восстановления гравитации и внутренних дел» (GRAIL), которая обнаружила массу металла «в пять раз больше, чем Большой остров Гавайи» под бассейном Южный полюс-Эйткен.
Ноа Петро, ученый проекта LRO в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА, говорит, что данные Mini-RF бесценны. Он не только продолжает предоставлять данные, что может скрываться на поверхности Луны и под ней, но также проливает свет на то, как она образовалась и какова может быть ее истинная небесная связь с Землей.
Гонка за тем, чтобы привлечь богатых клиентов в космос, продолжается, но гонка за добычей полезных ископаемых на Луне только начинается.
Какие полезные ископаемые можно добывать на Луне
Трамп заявил о планах США по добыче на Луне полезных ископаемых. Давайте разберемся, стоит ли овчинка выделки. Иначе говоря, какие полезные ископаемые есть на Луне?
Для начала, сразу отбросим нефть. Она требует органики, а жизни на Луне никогда не было (пока даже под вопросом, ступала ли живая нога в 1969 или это искусно снятое кино?). Минералы же требуют более масштабных геофизических процессов, которых нет на Луне. Поэтому речь пойдет о более простых элементах.
В 2024 году американцы снова хотят высадиться на Луну. В проект будет вложено 35 млрд долларов. Деньги надо отбивать.
Сейчас в отношении космоса действуют правила, принятые ООН в 1979 году. Согласно резолюции, космос является всеобщим достоянием. Даже Зимбабве может претендовать на свой лунный участок. Если сумеет построить ракету, разумеется.
Содержание:
Из чего состоит лунный грунт
Советские луноходы доставили с Луны грунт из разных мест. Как показали исследования, лунный грунт богат кислородом, из-за этого много элементов существует в виде оксидов.
Больше всего в лунном грунте кремния. Этим Луна похожа на Землю — кремний составляет до 30% и земной коры. Затем идут алюминий и кальций. Алюминий добывать на Луне и привозить на Земню — не самая экономически мудрая идея. Возможно, в будущем алюминий понадобится для организации производства на самой Луне.
На следующем месте — железо. Из особо ценного — титан. В некоторых частях содержание титана в разы превосходит земной грунт. Титан — ценный металл, ведь он сравним по прочности со сталью, только в полтора раза ее легче. И не ржавеет.
Но, в целом, никаких сюрпризов — состав лунного грунта очень близок к земному. На 20% он больше насыщен алюминием, чем земная кора. Зато чуть меньше железа. Собственно, идентичность базовых элементов в составе коры логична — Луна, по мнению современных астрофизиков, откололась от Земли в свое время.
Какие полезные ископаемые есть на Луне
Гелий для термоядерных реакций. А точнее — изотоп гелий-3. Вот это реально тот элемент, за который стоит бороться. Он необходим для термоядерных реакций. Когда два ядра гелия-3 сталкиваются, образуется гелий-4, а энергия уходит в виде фотонов и ее можно использовать.
Если совсем кратко — в будущем атомная энергетика будет работать подобно реакциям на Солнце. Идеальная экология, на выходе — никаких вредных отходов, как сейчас от урана в атомной энергетике.
0,02 грамма гелия-3 даст столько же энергии, сколько 1 баррель нефти. Всего 40 тонн этого вещества с лихвой хватит, чтобы обеспечить США энергией на год. Ничего сравнимого по эффекту с таким КПД до сих пор на нашей планете не существовало! Примерный запас гелия-3 на Луне — 10 млн тонн. Хватит, чтобы США были обеспечены энергией на 250 тысяч лет. К слову сказать, аналогичные оценки для России — примерно 20-30 тонн.
Одна проблема — гелий-3 получается довольно дорогой и редкий на нашей планете. У нас он быстро рассеивается из-за атмосферы. А на Луне гелий-3 накапливается миллиарды лет. Собирается он из солнечного ветра. Содержание гелия в лунном грунте примерно в 100 раз больше, чем на нашей планете.
Кроме нехватки гелия-3 нет еще и термоядерных электростанций. Пока все реакции проходят в лабораторных условиях. Но, скорее всего, создание термоядерной энергетики — дело недалекого будущего.
Могут ли быть на Луне драгоценные металлы?
Могут! Хотя залежей и не нашли. Но здесь нужно пару слов сказать о том, откуда берутся драгоценные металлы.
Золото, платина да и все, что в таблице Менделеева тяжелее железа, не может появиться в недрах планеты или даже звезды. Такие металлы рождаются только во время столкновения крупных звезд, взрывом сверхновых и образованием нейтронных звезд. И после этого метеориты, как брызги после взрыва, разносят эти материалы по всей галактике.
4 млрд лет назад Землю буквально расстреливали метеоритами, которые и принесли много ценных элементов. Луне тоже регулярно достается поэтому с уверенностью можно сказать — что-то из драгоценных металлов там точно найдут. С другой стороны, затраты по добыче точно не окупятся, в отличие от перспективного гелия-3.
Как еще можно использовать Луну
Другие полезные варианты использования нашего спутника — дело среднесрочной перспективы. В ближайшие десять лет — вряд ли, а до конца века — весьма вероятно. Итак, что еще можно сделать полезного в рамках колонизации Луны.
Энергия. Ее тут много!
Пожалуй, самое главное — это энергетика. И это даже отбросив пока полуфантастический сценарий с гелием-3. Просто на Луне — идеальная дешевая солнечная энергия.
Немного интересной математики. По рассчетам американских энергетиков, чтобы произвести 1 петаватт энергии, на Луне нужно построить комплекс, который стоит 200 трлн долларов.
Чтобы выработать 1 петаватт на Земле, комплекс солнечной энергетики будет стоить уже 8000 трлн долларов! Получается, Луна для добычи энергии в 40 раз выгоднее Земли.
Производство.
В сочетании с дешевой энергией здесь нет кислорода в виде газа в атмосфере. Весь кислород мертвым грузом лежит в лунной грунте. А кислород из-за окисления часто вредит производству. Особенно сложно производить микросхемы и сверхчистые сплавы. Приходиться возиться с каждым элементом и выпускать небольшими порциями, а на Луне — идеальные условия для производства в промышленных масштабах.
Наука.
Здесь можно размещать научные базы. Наблюдать за космосом из лунных обсерваторий эффективнее, чем с земных — не мешает атмосфера.
Хотя…может быть они лучше снимут про это кино? В 1969 году же получилось.
Полезные ископаемые на Луне: проекты по добыче и перспективы развития отрасли
Даже сегодня, когда миллионные бюджеты вкладываются в космические программы, добыча полезных ископаемых на Луне и не только (к примеру, на астероидах), звучит, как искусная фэнтезийная зарисовка. Однако современные учёные проводят многочисленные опыты и разработку в этой сфере.
У добычи полезных ископаемых на Луне очень много аспектов и задач, которые зачастую требуют изобретательности и нестандартного подхода. Будущим «космическим» горнякам, видимо, предстоит осваивать все тонкости добычи полезных ископаемых в недрах луны.
Открытым остаётся вопрос – есть ли смысл организовать добычу минералов, металлов и других ископаемых и какие именно из них могут активно разрабатываться в крайне нестандартных условиях.
В данном контексте учёные выделяют два типа ископаемых, которые они планируют извлекать из лунных недр. Первый – ископаемые, которые задействуются локально, прямиком на местах добычи. Второй – породы, которые транспортируются на земную поверхность.
К числу первых можно отнести водные источники и конструкционные составляющие. Водная масса посредством электролиза будет раскладываться на O и H2. Их можно использовать в качестве источников топлива космических аппаратов и прочей важной техники. Во вторую категорию входят газовые массы и редкие типы металлов. Среди этих веществ одним из важнейших считается гелий-3. В перспективе он может стать важным источником сырья в термоядерном синтезе.
Насколько будет окупаться добыча полезных ископаемых на Луне, можно понять, определив стоимость, технические издержки и возможности транспортировки полезных ископаемых к зонам использования в сравнении с аналогичным обслуживанием на Земле. Схожие моменты учитываются также и при разработке месторождений на нашей планете.
Безусловно, доставка сотен тонн рабочего топлива с Земли к Луне будет весьма дорогим и сложным мероприятием. Именно поэтому учёные думают над тем, какой вид топлива можно добывать и применять локально. Таким образом, неясно, станет ли мероприятие по добыче полезных ископаемых 2-й категории рентабельным в целом.
Отдельные исследования показывают, что разработка платино-металлических руд способна покрыть такие убытки. Однако эта идея всё ещё остаётся под вопросом. Сегодня отдельные весьма крупные предприятия частного типа планируют лунную разведку, а также разработку минеральных и металлических руд на астероидах в обозримом будущем. Вместе с тем активно обсуждаются и разрабатываются планы по освоению и добыче минералов и железных руд на земном спутнике.
Одна из крупных организаций, которая планирует осваивать минеральные богатства Луны – Planetary Resources. Её основатель ранее имел дело с космическим туризмом и был главой компании Space Adventures. В качестве со-основателей первой компании по добыче полезных ископаемых вне земных условий стали Л. Пейдж И Дж. Кэмерон. 1-й склад топлива для освоения космической разработке минеральных и металлических руд компания пообещала организовать к 2020 году.
Сегодня организация уже запустила пару тестовых спутниковых телескопа на орбиту нашей планеты. Их основная задача технологическая демонстрация космических разведывательных технологий. Ещё одно крупное предприятие, принимающее активное участие в освоении добывающей космической отрасли – DSI. Это частная организация из США, которая заручилась правительственной поддержкой ещё в 2013 году. По заверению её руководителей, активный поиск и добыча H2O, а также ценных металлов станет возможной уже к 2023 году.
Какие небесные полезные ископаемые планируется добывать?
На Луне в настоящее время обнаружены такие элементы, как титанат железа, а также силикаты щелочных металлов и железа. Как уже было сказано, планируется разведка и добыча воды из Лунных недр.
Среди астероидов существует три основных типа, на которых содержится достаточно количество определённых полезных ископаемых, планируемых к добыче. Так, на астероидах типа C планируется добыча воды, органики и углерода. Астероиды типа М богаты металлами платиновой группы, а также никелем и железом. Наконец, астероиды категории S интересны наличием в их недрах силикатов различной природы и консистенции.
Примечательно, что уже существуют технологии, позволяющие добывать материалы с комет и астероидов. Однако они ещё далеки от совершенства и активно развиваются в настоящий момент.
Stardust – одна из миссий по доставке образцов грунтовых внеземных веществ. Сопутствующий её проект Хаябуса также нельзя назвать масштабным, а потому для добычи полезных ископаемых в более ли менее серьёзных промышленных масштабах.
Среди более перспективных космических проектов по добыче полезных ископаемых можно выделить миссии зонда NER-Shoemaker, который совершил мягкую посадку на астероид. Однако транспортировка полезных ископаемых из космоса на Землю – далеко не единственная проблема, с которой столкнутся будущие космонавты-добытчики. Какие же ещё нюансы существуют? Взглянем на них подробнее.
Низкая гравитация – как с ней быть?
Проблемы с большим весом добываемой руды актуальны для шахтёров, работающих в земных условиях. Им требуются крупные установки с мощным оборудованием и взрывчаткой – всё это позволяет эффективно проводить горные работы. Однако на Луне эффективность такой техники предположительно в 5-6 раз меньше, чем на Земле.
Согласно заявлениям директора Горного института при научном центре РАН, буровой станок будет подвержен существенному осевому давлению, и в лунных условиях это закономерно приведёт к подъёму самой установки, нежели к бурению. Неэффективными окажутся и классические экскаваторы, которые в условиях низкой лунной гравитации при заборе грунта будут отъезжать от места забоя вследствие мощной напорной силы.
Однако современные учёные уже нашли достаточно простое решение этой проблемы. Целесообразным становится использование анкерных креплений. С их помощью горнодобывающее оборудование будет стационарным, фиксированным, а, следовательно, устойчивым к эффектам на Луне, описанным выше. С другой стороны, крепление к лунному грунту (реголиту) – тоже не самая простая задача, поскольку о его свойствах на данных момент известно немногое.
Износ оборудования – как снизить его до приемлемого минимума?
Итак, лунные шахтёры будут работать с лунным реголитом. По сути это мелкодисперсная субстанция с прекрасными абразивными показателями. Таким образом, любые бурильные установки будут достаточно скоро изнашиваться при активной работе. Примечательно, что замена бура на Луне – задача не из простых.
Поэтому работа с лунным реголитом требует нестандартного подхода в заборе местного грунта. Один из важных нюансов – материал лунной поверхности имеет определённый электрический заряд. Это обусловлено тем, что на протяжении многих тысяч лет лунная быль была подвержена бомбардировке заряженными частицами солнечных ветров. Таким образом, на поверхности земного спутника накопилось достаточное количество заряда.
Это означает, что в теории забор грунта возможен с использованием свойств электромагнитного поля. Сотрудник Горного института НИТУ говорит о том, что заряженные частицы реголита имеют свойство плотно прилипать к любым предметам и поверхностям. А основании этих данных можно создать, например, машину-крот, которая будет проходить сквозь грунт и во время бурения всасывать его в себя наподобие пылесоса.
Однако сам факт прилипания потребует наличие некоего заборного отверстия, которое не будет забиваться. Примечательно, что уже проводился ряд практических испытаний внеземных горнодобывающих станций. Для этого были созданы специальные плазменные установки, формирующие аналог лунного реголита из земных материалов, с которыми могут работать и испытываться эти станции.
Отсутствие атмосферы – как быть с этим фактором?
Если учесть, что добычей полезных ископаемых на Луне будет заниматься роботизированная металлическая техника, отсутствие атмосферных условий могло бы оказаться на руку. В этих условиях отсутствуют факторы, вызывающие коррозию металлических запчастей. Однако это лишь одна сторона вопроса.
Если представить себе добычу воды лунными шахтёрами, то в отличие от Земли, где вода легко конденсируется и в широком диапазоне температур остаётся твёрдой/жидкой, то при отсутствии атмосферы она будет подвергаться сублимации. При этом водные частички будут мгновенно улетучиваться при нагреве. Если учесть, что водная сублимация происходит при температуре 160 о С.
Таким образом, согласно расчётам учёных, активные способы механического бурения будут приводить к существенным топливным потерям. В стремлении решить эту проблему, они стали разрабатывать технику холодного бурения. Она предполагает, что в процессе работы бура с грунтом, соприкасающиеся поверхности не подвергаются сильному нагреву.
Благодаря смене конфигурации буровых наконечников при помощи магнитного поля сокращается фактор трения, что приводит к существенному снижению нагрева в процессе бурения.
Согласно словам научного деятеля Анне Плотниковой, занятой разработке этой техники, нагрев происходит вследствие трения. Лунный грунт имеет свои особенности. Солнечные ветры непрерывно ионизируют и имплантируют заряды Таким образом, почва на луне отличается аномальным коэффициентом трения, который превышает общепринятую единицу. Принцип работы сводится к тому, что после удара бур прокручивается. В момент удара контакт инструмента с породой минимизируется. При этом практически исключается трение. Ударная техника позволяет откалывать породы, без их срезания.
Примечательно, что уже в 2016 году методику извлечения водных запасов на Луне успешно отработали благодаря технике грунтового нагрева при помощи аппарата типа CubeSat. Испытания проводились с использованием имитации лунного реголита. В качестве заборного элемента был использован пустой изнутри конус, на поверхности которого проделано большое количество отверстий. Также на поверхности присутствуют нагревательные элементы, которые способствуют высвобождению даже химически связанных источников воды, к примеру, воду в форме гидроксиодов или кристаллогидратов.
Ещё один проблемный аспект – отведение тепла от нагревающихся рабочих элементов в вакууме. Прямая воздушная теплопередача на Земле хорошо справляется с этой задачей. В условиях космического безвоздушного пространства учёные придумали отводить тепло в виде излучения.
Вопрос концентрации собранных пород
Любые полезные ископаемые второй категории, которые нуждаются в транспортировке, не нуждаются в доставке на Землю в форме руд. Для экономии топлива целесообразно снабдить космический добывающий комплекс отдельной линией концентрации добытых грунтовых пород и материалов.
Одним из наиболее перспективных рабочих подходов в решении этого вопроса считается метод испарения и очистки руды посредством «флеш металлургии». После рудного испарения образуется облако плазмы, состоящее из ионизированных атомных частиц. Такие структуры разделяются магнитными полями для извлечения конкретных, только необходимых веществ. Это достаточно энергоёмкий технический процесс, однако благодаря его применению есть возможность получать максимально чистые металлы.
Корпорация DSI планирует использовать для добычи усложнённый и более совершенный вариант этой методики. Её представители ранее заявляли о том, что испарение металлов будет использоваться для деталей и комплектующих, собранных методом 3D-печати, непосредственно на месте добычи.
Лунный грунт богат магнитными материалами. К их числу можно отнести титанат железа, а также ильменит. Наличие таковых позволяет задействовать уже существующие методы магнитной рудной сепарации.
Когда состоятся первые миссии по разработке и добыче полезных ископаемых на Луне?
Уже не единожды были названы самые разные сроки. Согласно вышеупомянутым DSI и Planetary-Resources, добыча полезных ископаемых на космических объектах типа астероидов и Луне планировались в 2020 году. В настоящее время у этих компаний стали появляться конкурирующие структуры в лице таких компаний, как Aten-Engineering, которую возглавил бывший сотрудник NASA.
По его мнению, первые пробы пера на почве добычи полезных ископаемых на Луне реальны в ближайшие 20 лет. Сама же промышленно-добывающая космическая отрасль в целом получит активное развитие в течение ближайшего полувека. Помогать с добычей ресурсов на астероидах планируют и китайские аэрокосмические научно-технические компании. Китайцы планируют заняться разработкой этой отрасли к 2040 годам.
Хочется отметить, что металлы платины, которые находятся вне пространства Земли, присутствуют не только на космических объектах типа астероидов. Околоземная орбита богата многочисленными космическими обломками и прочими сравнительно небольшими телами. К таковым можно отнести вышедшие из строя спутники, ракетные ступени, а также их обломки, которые образовались после столкновения. В настоящее время космические компании в международных масштабах планируют организовать сбор этого потенциально «полезного» околоземного космического мусора.
Это говорит лишь о том, что лунные проекты могут отойти на второй план в ближайшей перспективе, поскольку целесообразно привезти на Землю в качестве первых ценных ресурсов из космоса осмий, иридий, золото и т.п., которые само человечество некогда запускало в космическое пространство.
Читайте также: