Судьбы научных проектов: освоение Луны

Судьбы научных проектов: освоение Луны

14 января 2004 года президент США Джордж Буш

представил новую американскую космическую программу.

В ней говорилось о новых кораблях, о полете на Луну, обитаемой базе на спутнике Земли, пилотируемой экспедиции на Марс и даже содержались туманные намеки на полеты за пределы солнечной системы. Однако первые же отклики (зарубежные и отечественные)

на эти инициативы были, мягко говоря, скептическими.

В течение последних двух десятилетий ушедшего века осуществлено большое количество проектных исследований, посвящённых

проблеме начала освоения Луны. Суть всех представленных изысканий можно, вкратце, свести к следующему:

- строительство околоземных энергопроизводственных комплексов на основе сырья, доставляемого с Луны

- производство топлива для двигателей космических кораблей, совершающих рейсы в околоземном и межпланетном пространстве

- строительство космических поселений

- добыча полезных ископаемых для использования на Земле

- перенос на Луну с Земли энергоёмких и экологически опасных производств

Вниманию посетителей сайта предлагаются выдержки из статьи С.Д.Гришина, Л.В.Лескова, в которых выполнен краткий анализ

проектных исследований освоения Луны на момент начала 90-х годов.

Часть I Часть II

Основные цели, которые ставятся в этих проектных исследованиях, состоят в следующем: ослабление зависимости

программ индустриального освоения космоса от использования ресурсов одной только Земли и снижение антропогенного давления на окружающую среду, обусловленного развитием промышленности. Оценивая в свете этих задач два последние направления индустриализации Луны, ориентированные на доставку с ее поверхности сырья или материалов, можно выразить сомнение, что эти направления способствуют достижению указанных целей.

На Луне отсутствуют рудные месторождения, не обнаружены также в свободном виде вода и кислород. Это приведет к значительному удорожанию промышленной разработки лунных ресурсов. Еще более высокой окажется стоимость сырья и материалов, доставляемых с Луны на Землю, если учесть энергоемкость транспортных операций — порядка 5x10⁷ Дж/кг при использовании перспективных транспортных космических систем. Для сравнения укажем, что энергоемкость добычи минеральных полезных ископаемых на Земле составляет в среднем 10⁷ Дж/кг. Не следует, наконец, забывать, что площадь поверхности Луны составляет всего около 7% площади Земли. В силу указанных причин представляется маловероятным, чтобы в обозримой перспективе лунная индустрия смогла бы давать сколько-нибудь заметный вклад в работу земной промышленности.

Рассмотрим поэтому более подробно вопросы, связанные со строительством на Луне индустриального комплекса, который предназначен для поставки материалов для сооружения систем орбитальной энергопромышленной инфраструктуры.

Изучение этой проблемы выявило принципиальную возможность получения из лунного реголита железа, алюминия, кремния и, возможно, титана, хрома, марганца. В качестве побочного продукта возможно получение кислорода и воды. Из лунного грунта можно также получать стекло, керамику и некоторые другие материалы. Для пород с содержанием железа 0,2% по массе возможно его выделение методом магнитной сепарации; тот же метод пригоден для добычи кобальта и никеля. ,Для производства кремния и алюминия пригодны процессы химической технологии. Многие из этих процессов обладают достаточно высокой энергоемкостью. Например, получение железа ферросиликатным методом требует затрат энергии около 1,5 x 10⁷ Дж/кг. Удельные затраты энергии реакций по восстановлению большинства других металлов того же порядка.

Добычу горных пород на Луне наиболее целесообразно осуществлять открытым способом в горнодобывающих карьерах. Для вскрышных работ и выемки породы можно использовать экскаваторы, а доставка породы будет осуществляться с помощью транспортеров раз-личного типа. Производительность карьеров определяется их назначением. Если задача состоит в том, чтобы доставлять в космос около 6 x 10⁵ т обогащенной руды в год (такого количества достаточно для сооружения одной космической электростанции), то суммарная производительность горных карьеров должна быть порядка 3 x 10⁶ т в год.

Если предварительная переработка сырья осуществляется на Луне, то на ней целесообразно создать комбинаты по комплексной переработке лунных горных пород и производству железа, кремния, алюминия, магния, кислорода и других продуктов. Путем обжига из лунных реголитов можно получать стекло и керамику. В качестве сырья пригодны породы, залегающие на лунных возвышенностях и состоящие главным образом из окислов кальция, кремния и алюминия. Изготовленные из этого стекла волокна пригодны для производства композиционных материалов.

Для производства из лунных пород металлов, а также в качестве побочного продукта газообразного кислорода перспективна технология комплексной электрохимической переработки сырья. Необходимую для этого электроэнергию можно получить с помощью солнечных

энергоустановок. Для производства из лунного сырья стеклообразных материалов (керамика, термостойкое прозрачное стекло и т. п.) пригодны плавильные печи с концентраторами солнечного излучения.

Созданию лунного промышленного комплекса должна предшествовать геологическая разведка Луны. Наряду с непосредственными геологоразведочными работами на поверхности спутника нашей планеты целесообразно организовать комплексное исследование Луны с селеноцентрической орбиты. Помимо фотосъемки поверхности будут использованы рентгеновские, гравиметрические, спектральные, магнитные, сейсмические и другие методы. Возможно, в частности, обнаружение на Луне свободной воды в виде значительных запасов льда, например, в зоне лунных кратеров.

Основные преимущества лунной транспортной космической системы состоят в том, что для Луны скорость освобождения в 5 раз меньше, чем для Земли,— 2,36 и 11,2км/с соответственно. Кроме того, на Луне нет атмосферы. Поэтому энергоемкость доставки грузов с поверхности Луны в космос примерно на порядок ниже.

Значительное снижение транспортных расходов делает выгодными варианты создания околоземной энергопроизводственной инфраструктуры на основе материальных: ресурсов, доставляемых с Луны. Для доставки грузов с, поверхности Луны на селеноцентрические орбиты можно использовать электромагнитный ускоритель массы. По оценкам этой работы, электромагнитный ускоритель, обеспечивающий разгон полезных нагрузок массой около 20 кг при ускорениях 100g будет иметь длину 2,9 км и массу 3500 т. Расходуемая за один цикл

энергия в зависимости от эффективности ускорителя составит 10⁸ – 10⁹ Дж.

Если масса лунного вещества, доставляемого на селеноцентрические орбиты, будет достигать 6 x 10⁵ т в год, то чтобы обеспечить такой грузопоток, электромагнитные ускорители должны будут производить 3 x 10⁷ циклов в год, иными словами, один запуск каждую секунду. Для обеспечения этих ускорителей энергией потребуется разместить на поверхности Луны панели солнечных батарей общей площадью около

10 км². В качестве альтернативы возможно использование космических электростанций, передающих энергию непосредственно к лунным транспортным установкам.