Видобуток води на Місяці відкриє для нас космос. Не вірите?

Місячні рудокопи особливо тріумфували на цьому тижні, коли вчені заявили, що знайшли докази існування водяного льоду на поверхні Місяця. Там набагато більше льоду, ніж ми думали, і тепер ми точно знаємо, де саме він лежить. Це може істотно спростити видобуток води в майбутньому.

Задовго до цього відкриття вчені намагалися знайти будь-яку воду, яка могла ховатися на поверхні Місяця. Це ресурс, який буде неймовірно цінним для майбутніх довгострокових місій на Місяці, оскільки вода необхідна для життя тут, на Землі. Її можна переробляти в місячній середовищі існування або використовувати для пиття або купання. Також з її допомогою можна було б вирощувати рослини, необхідні для живлення майбутніх місячних жителів.

Можливо, найбільше і безпосереднє застосування для місячної води — це ракетне паливо. Основні компоненти води — водень і кисень — два найважливіших матеріалу, з яких роблять паливо для ракет. І якщо робити ракетне паливо з води на Місяці, можна було б здорово заощадити на проведенні амбітних місій в космосі. На даний момент, ракети, що покидають Землю, повинні переносити все паливо, яке їм потрібно, з собою. Але з використанням місячного льоду ракети могли б заправлятися, перебуваючи вже в космосі, і досягати більш далеких місць за менші гроші.

Невже вода краще нафти?

«Ідея полягає в тому, щоб створити свого роду ланцюжок поставок, запущену за межами Землі, для певних продуктів, зокрема, для води як складової палива — щоб було набагато легше переміщуватися у космосі з одного тіла на інше», говорить Джулі Бриссе, науковий співробітник Космічного інституту Флориди.

Доставити щось в космос — завжди дорого. Якщо ви хочете, щоб ваш супутник вирвався за межі земної гравітації, вам знадобиться багато палива для виведення на орбіту. По суті, велика частина ваги, який несе ракета при запуску, припадає на паливо. І чим глибше в космос ви йдете, тим більше вам потрібно палива. Більше енергії потрібно, щоб відірватися від тяжіння планети. Тому місії в глибокий космос стають усе дорожче, тому що ракета потрібна велика і палива потрібно багато.

Але що, якщо замість того, щоб брати паливо на Землі, ви могли б заправляти бак паливом, яке вже є в космосі? Тоді місії в глибокий космос стали б такими ж буденними, як поїздки з одного міста до іншого. «Просто уявіть, що вам потрібно було виїхати з Денвера, а на шляху не було ніяких заправок, і вам довелося б везти з собою бензин аж до Нью-Йорка», говорить Джордж Сауэрс, професор Колорадській школи шахт і колишній віце-президент United Launch Alliance. «Ви точно не повезете все це в машині. Доведеться брати причіп». Ось чому ідея місячних розробок так розбурхує розум. Воду на Місяці можна було б добувати, розбивати на ракетне паливо і переносити або на навколомісячну, або на низьку навколоземну орбіту. Ракет не потрібно бути великих розмірів, щоб возити все паливо з собою. Вони просто могли б стикуватися із заправною станцією і заправлятися для дальніх поїздок.

Перевезення палива з Місяця в інші місця в космосі буде набагато дешевше, ніж транспортування з Землі. На Місяці одна шоста гравітації Землі, а значить і енергії треба менше, щоб відірватися від поверхні. Не так давно Сауэрс провів аналіз вартості перевезення місячного палива в різні місця в космосі. Доставка місячної води на низьку навколоземну орбіту, наприклад, дешевше, ніж посилати її з Землі, хоча наша планета ближче. «Якщо ви збираєтеся використовувати це паливо на низькій навколоземній орбіті, економія буде 20-30 відсотків, якщо використовувати місячне паливо замість земного», говорить Сауэрс.

Вчені фантазують про те, щоб перетворити місячну воду в ракетне паливо, вже кілька десятиліть, з тих пір, як з'явилися свідчення про придатність місячних полюсів для розробки льоду. У 1994 році спільне дослідження NASA і американських військових під назвою Clementine показало, що вода існує в кратерах на місячних полюсах. Ці місця ніколи не бачать світла Сонця і ніколи не досягають температур вище -250 градусів за Фаренгейтом. Кілька місій на Місяць з тих пір, підтвердили, що вода може бути в цих місцях. У 2009 році NASA упустив космічний апарат LCROSS у кратер на південному полюсі Місяця, щоб подивитися, які матеріали викине удар. Було виявлено, що у викиді було 5% води.

Однак опубліковане на цьому тижні в PNAS дослідження показує, що деякі області Місяця можуть бути втоплені у воді. Вчені з Гавайського університету і Університету Брауна проаналізували дані, зібрані індійським апаратом «Чандранаян-1», який вирушив до Місяці в 2008 році. Використовуючи один з інструментів апарату, вони змогли позначити області льоду на Місяці, вимірюючи відбивну здатність води. Також вони переглянули ці місця в інфрачервоному світлі і визначили, що вода прийняла форму льоду, а не рідини або пари. Вони не тільки підтвердили, що водний лід присутня на поверхні Місяця, але і що деякі області на землі складаються на 20-30 відсотків з льоду. В залежності від того, як глибоко йде лід під поверхню, можна було б намітити місця видобутку компонентів для ракетного палива.

«Нам не потрібно здобувати все і відразу», говорить Філ Метцгер, планетарний фізик з Університету Центральної Флориди. «Нам потрібно кілька місць підвищеної концентрації, щоб мати достатнюкількість води для забезпечення всіх потреб космічного транспорту протягом наступних 30 років».

Паливне депо на низькій навколоземній орбіті відкриває нові можливості для проведення місій в космосі. Приміром, можна було б побудувати космічний буксир — ракету, яка знаходиться в космосі, заправляючись знову і знову, і відвозить супутники в потрібний пункт призначення. Зараз супутники, який виводяться на високу орбіту, витрачають від півроку до року на те, щоб повільно підніматися вище за допомогою бортових двигунів. За цей час вони не можуть виконувати свою роботу і не приносять грошей. Але з космічним буксиром супутники можна було б розгортати на більш низькі орбіти за допомогою невеликих ракет, а потім використовувати космічний буксир для доставки супутників на потрібну орбіту всього за кілька днів. Це зберегло б операторам супутника гроші: їм не довелося б запускати велику ракету, щоб доставити свій вантаж у космос, і у них було б більше часу, щоб попрацювати зі своїм супутником.

Так що Так, місячна вода як паливо це круто, але почати її видобуток буде нелегко. По-перше, потрібно провести широку розвідку. Завдяки дослідженню PNAS, вчені по суті створили карту, що показує, де шукати самі соковиті ділянки з водним льодом на місячних полюсах. Наступним кроком буде відправка посадочних модулів і місяцеходів для пошуку кращих ділянок. Учені поки не знають, в якій формі лід — у формі сльоти, змішаної з льодом, або у формі твердих блоків, що змішалися з іншим матеріалом поверхні. «Ми знаємо, як спроектувати обладнання для його видобування. Ми просто не знаємо, яке обладнання використовувати», говорить Метцгер.

Одна ідея полягає в тому, щоб викопувати місячну грунт з допомогою екскаватора, який відправляє матеріал в обробник. Обробник відокремлює лід від ґрунту в процесі нагрівання і розбиває воду на базові складові за допомогою електрики. Частина одержуваного палива потім використовується для запуску решту води з Місяця на транспортному засобі в паливне депо.

Звичайно, все це буде дорого. «Все зводиться до аналізу витрат», говорить Метцгер. «Дешевше запускати ракетне паливо з Землі або ж дешевше запустити обладнання в космос один раз, а потім підтримувати це обладнання і використовувати його для постійного створення ракетного палива в космосі?». На основі аналізу, проведеного Метцгером, Бриссе і Сауэрсом, вони прийшли до висновку, що для інвестування у видобуток на Місяці буде потрібно десять років до виходу на прибуток. Але оскільки місячна видобуток справа ризикована, можливо, венчурні капіталісти не захочуть брати активну участь у цій справі.

Саме тому команда припускає, що NASA має брати участь у частковому фінансуванні ранніх розробок у галузі гірничої справи. Таким чином, комерційні інвестори з більшою ймовірністю будуть співпрацювати з авторитетним агентством, яке зможе понести частину витрат.

NASA не буде надавати послугу інвесторам: космічне агентство припустило, що кожен рік може вимагатися до 100 метричних тонн палива, щоб заправляти апарати, виконуються місячну поверхню з бази. Якщо все це запускати з Землі, потрібно близько 3,5 мільярдів доларів в рік. Економія за рахунок створення місячного палива зробить місії на Місяць і Марс дешевше. «Місії на Марс стали б дешевше і все, що ми робимо за межами Землі, теж», говорить Сауэрс. Наприклад, використання місячного палива для заправки ракет знизило б вартість польоту на Місяць із Землі в три рази, вважає Сауэрс. Це важливо, враховуючи, що NASA збирається провести місію за участю людей на Місяць.

«Я багато років говорив, що вода — це нафта космосу», говорить Сауэрс і додає: «Якщо в планах NASA створення постійного людського поселення на Місяці, перше, що потрібно зробити NASA, це побудувати виробничий об'єкт для палива».