Последний космический шанс - Антон Первушин

В XXI веке мы вовсю пользуемся плодами этой революции: «мобильники», GPS-приемники, домашние, планшетные и карманные компьютеры, ноутбуки, нетбуки, электронные платежные карточки, вездесущий интернет, цифровое телевидение на тончайших жидкокристаллических экранах, накопители информации на миниатюрных «флешках» – список можно продолжать и продолжать. На повестке дня – «облачные» серверы, бесплатная высокоскоростная связь, квантовые компьютеры и домашние роботы. Кое-кто из числа доморощенных футурологов переживает, что человечество использует информационные технологии с малой эффективностью. Дескать, стандартный «айфон» по вычислительной мощности давно обошел лунную программу «Сатурн-Аполлон», а обыватели не придумали для него ничего умнее бессмысленных игр типа «Тетриса». На самом деле то, что могла дать информационная революция космонавтике, она ей уже дала.

Из всех достижений последнего времени я выделил бы одно, но весьма значимое. Летом 2003 года на Марс отправились американские планетоходы «Спирит» (“Spirit” с англ. «Дух») и «Оппортьюнити» (“Opportunity” с англ. «Возможность»). Планировалось, что в лучшем они проработают на поверхности красной планеты девяносто дней, однако «Спирит» проработал шесть лет, а «Оппортьюнити» продолжает функционировать до сих пор! Планетоходы передали с Марса терабайты информации, десятки тысяч прекрасных снимков, которые с небольшой задержкой выкладывались в интернет, что позволило привлечь к их изучению сотни сторонних специалистов и миллионы простых пользователей. Научное исследование Солнечной системы в одночасье стало доступным даже для тех, кто никогда не собирался в космос. Разве это не революция?..

Однако давайте взглянем на межпланетные аппараты с высоты стратегии космического развития нашей цивилизации, отставив их научную ценность в стороне. Мы увидим, что по сути они нужны только для решения двух главных задач: разведка местности и отработка технологий связи и управления на больших дистанциях. Решение первой задачи необходимо для того, чтобы четко понимать, куда и зачем человеку лететь в первую очередь, какие трудности ему предстоит преодолеть. Решение второй – для того, чтобы снабдить пилотируемый корабль всеми необходимыми в таком рейсе системами, надежность которых будет гарантирована предшествующей эксплуатацией аналогов. И лучшим местом, где такие системы могут пройти полноценную обкатку в условиях, приближенных к «боевым», по-прежнему остается Луна.

3.2. Гелий и вода

Наши представления о Луне менялись столь же часто, как и наши представления о Вселенной в целом. Только одно не подвергалось сомнению: Луна – естественный спутник Земли, дарованный нам природой.

В эпоху геоцентрической системы мира Луна представлялась идеальным шаром, обиталищем духов и высших существ. После открытий Николая Коперника и Галилео Галилея ее стали считать уменьшенным подобием Земли и «населять» человекоподобными селенитами. В 1753 году иезуит Руджер Бошкович доказал, что у Луны нет атмосферы, а значит, темные пятна, названные морями, не имеют никакого отношения к водным ресурсам. Однако надежда найти на ней жизнь оставалась. Еще Исаак Ньютон разработал методику определения массы Луны по величине земных приливов, затем она несколько раз уточнялась. Оказалось, что масса Луны в 81 раз меньше массы Земли. Зная угловые размеры Луны, легко вычислить ее среднюю плотность – 3,33 г/см3 (против 5,52 г/см3 у Земли). Это очень низкое значение, и оно породило множество гипотез о физическом строении нашего естественного спутника. Одна из них гласит, что Луна является полой, а внутри у нее достаточно пространства для поддержания экзотической биосферы. Гипотеза пользовалась популярностью – достаточно вспомнить роман Герберта Уэллса «Первые люди на Луне» (“The First Men in the Moon”, 1901) и повесть Николая Носова «Незнайка на Луне» (1965), – но выглядела слишком уж фантастической, посему в ходу были и другие. Селенитов собирались найти на невидимой обратной стороне Луны, на дне глубоких разломов и пещер. Кроме того, энтузиасты космических полетов верили и старались заразить своей верой других, утверждая, что на Луне находятся целые поля самородного золота, изумрудов и даже расщепляющихся элементов. Если бы и впрямь все это, включая какие-то элементарные формы жизни, удалось найти на Луне, то ее освоение обрело бы коммерческий смысл.

Хотя до сих пор мы не можем точно сказать, почему средняя плотность Луны ниже ожидаемой (возможно, у нее просто отсутствует металлическое ядро) и как вообще сформировалось ближайшее небесное тело, многие из старых гипотез опровергнуты результатами исследований, проведенными с помощью советских аппаратов серии «Луна». И, разумеется, важнейшим в этой связи остается опыт, полученный астронавтами программы «Сатурн-Аполлон».

Изучение образцов грунта, доставленного на Землю американскими астронавтами, позволило говорить о том, что в принципе Луну можно использовать в интересах индустрии. Разумеется, транспортировать оттуда железо, титан или алюминий, которые содержатся в поверхностных минералах, вряд ли имеет смысл – такого добра и на Земле предостаточно.

Лунный пейзаж

А вот некоторые космогенные изотопы, накапливаемые лунным реголитом, достаточно редки. Речь прежде всего идет о так называемом гелии-3 (3Не), который присутствует в солнечном «ветре» – до Земли он не долетает, поскольку «экранируется» магнитным полем, а на Луне его связывает ильменит FeTiO3, обильные запасы которого обнаружены в Море Спокойствия и в Море Кризисов. Изотоп гелий-3 считается идеальным топливом для термоядерных реакций. Современные разработки в области термоядерной энергетики опираются на реакцию синтеза стабильных изотопов водорода – дейтерия (D, 2Н) и трития (Т, 3Н), – однако она имеет серьезный недостаток – высокую радиоактивность, сопоставимую по биологической опасности с излучением урановых реакторов (происходит это за счет радиоактивности трития и выделения нейтронов в ходе реакции). Синтез с участием дейтерия и гелия-3, хотя и требует более высоких температур «зажигания», лишен этого недостатка. Кроме того, продуктом реакции становится поток заряженных протонов, энергию которых можно отбирать непосредственно, что способно повысить кпд всей установки до невероятно высокой величины – 80–85 %!

Ученые давно знают, какой мощный потенциал содержится в гелии-3 и, соответственно, в лунном грунте. Анализ показал, что из реголита можно выделить до 106 т гелия-3, что обеспечило бы потребности земной энергетики на целое тысячелетие! По более современным прикидкам, запасы гелия-3 на Луне на три порядка больше – 109 т (то есть речь идет уже о миллионе лет). Однако этот ценный изотоп нужно каким-то образом добывать. Сегодня существует несколько проектов лунных комбайнов разной степени проработанности, и главная проблема тут в том, что для добычи всего лишь 1 кг гелия-3 необходимо переработать 100 тыс. т реголита. Его нужно извлечь, по возможности измельчить, нагреть до температуры 800 °C, выделить газы, разделить их, а «выхолощенный» грунт вернуть на место. Весь этот процесс требует привлечения крупногабаритных конструкций и значительной энергии. Энергию можно взять у Солнца, но в таком случае потребуются поля солнечных батарей. Первое, что приходит в голову – построить все на месте из тех материалов, которые содержит реголит: из кремния можно сделать ячейки солнечных батарей, из титана – несущие конструкции, из алюминия и железа – оболочки и механизмы. Но опять же чтобы сделать все это, надо развернуть на Луне широкомасштабное производство, состоящее из множества звеньев: извлечение сырья, переработка, плавка, прокат, сварка, механическая сборка, лабораторные и полевые испытания. Будут ли такие системы надежными? Как подступиться к их конструированию? Окупятся ли расходы?

Критики проектов добычи гелия-3 указывают на самую главную проблему – развитие лунной индустрии имело бы смысл, будь у нас хотя бы один работающий термоядерный реактор. Но строительство первого прототипа ITER (Международный экспериментальный термоядерный реактор) под французским городом Кадараш затягивается из-за проблем с финансированием; к тому же он будет использовать в качестве топлива дейтерий-тритий, а не дейтерий-гелий-3. Как будет выглядеть ректор на гелии-3? Какие ресурсы придется привлечь для его строительства? Стоит ли вкладывать деньги в проект, технические черты которого пока не определены? Не станет ли гелий-3 очередной утопией?

Лунный грунт из Моря Изобилия, доставленный межпланетным аппаратом «Луна-16»

Так или иначе, но для начала необходимо провести углубленную разведку имеющихся на Луне ресурсов, раз и навсегда избавившись от оценочных суждений. И короткими высадками в духе программы «Сатурн-Аполлон» тут не отделаешься – основу для будущей индустрии может создать только полноценная обитаемая база. Причем работать на ней должны не профессиональные космонавты, а геологи, селенологи, химики, инженеры-технологи. В этой связи вспоминается хрестоматийный пример. Из двенадцати землян, побывавших на Луне, только один не был летчиком-испытателем – 37-летний геолог Харрисон Шмитт, который обучал астронавтам основам своей науки. Однако когда Шмитт сам оказался на Луне в составе экспедиции «Аполлон-17», он сумел собрать намного больше сведений о составе и строении реголита, чем члены всех предшествующих экспедиций. В XXI веке участие ученых в космических полетах должно стать нормой, а не уникальным событием – каждый должен заниматься своим делом.