Полезные ископаемые на луне

Освоение Луны

Конечно, все это будет дорого. «Все сводится к анализу затрат», говорит Метцгер. «Дешевле ли запускать ракетное топливо с Земли или же дешевле запустить оборудование в космос один раз, а затем поддерживать это оборудование и использовать его для постоянного создания ракетного топлива в космосе?». На основе анализа, проведенного Метцгером, Бриссе и Сауэрсом, они пришли к выводу, что для инвестирования в добычу на Луне потребуется десять лет до выхода в прибыль. Но поскольку лунная добыча дело рискованное, возможно, венчурные капиталисты не захотят активно участвовать в этом деле.

Именно поэтому команда предполагает, что NASA должно участвовать в частичном финансировании ранних разработок в области горного дела. Таким образом, коммерческие инвесторы с большей вероятностью будут сотрудничать с авторитетным агентством, которое сможет понести часть расходов.

NASA не будет оказывать услугу инвесторам: космическое агентство предположило, что каждый год может требоваться до 100 метрических тонн топлива, чтобы заправлять аппараты, покидающие лунную поверхность с базы. Если все это запускать с Земли, потребуется порядка 3,5 миллиардов долларов в год. Экономия за счет создания лунного топлива сделает миссии на Луну и Марс дешевле. «Миссии на Марс стали бы дешевле и все, что мы делаем за пределами Земли, тоже», говорит Сауэрс. Например, использование лунного топлива для дозаправки ракет снизило бы стоимость полета на Луну с Земли в три раза, считает Сауэрс

Это важно, учитывая, что NASA собирается провести миссию с участием людей на Луну снова

ISRU

Эту аббревиатуру следует проговаривать исключительно по буквам. Расшифровка – In-Situ Resource Utilization, т. е. использование местных ресурсов или ресурсов на месте. Такая концепция подразумевает добычу полезных ископаемых, строительных материалов, воды и воздуха для людей, компонентов топлива для ракет прямо на другой планете, спутнике, астероиде или на любом другом космическом теле, которое угораздит быть колонизированным.

В каком-то смысле под концепцию ISRU попадает использование солнечных панелей – все-таки энергия добывается, так скажем, из “местного вида топлива”, которым выступает солнечный свет.

Но помимо энергии, для создания колонии критически важна вода, которая по сути есть жизнь. Но еще это возможность получить кислород, необходимый для дыхания и выступающий окислителем ракетного топлива, и водород. Помимо этого, для строительства инфраструктуры и создания производства можно будет использовать реголит. К примеру на Луне он содержит до 45% кислорода, а также алюминий, кремний, железо, кальций и т. д. – вне всякого сомнения полезные вещи, которые однозначно пригодятся для колонистов.

Примерное распределение веществ в лунном грунте.

Перспективы, в принципе, заманчивые, но на данный момент пока все скромно. На Земле тестируются прототипы добывающих машин, создаются условия, близкие к марсианским или лунным и планируются ближайшие экспедиции. Но помимо планов, кое-чем уже можно похвастаться.

В одной из предыдущих статей я рассказывал об установке MOXIE, которую на своем борту несет марсоход «Настойчивость». Этот небольшой прибор приступил к работе в апреле этого года и успешно сгенерировал 5 г кислорода прямо из атмосферы Марса. Это скромный, но показательный результат – добывать ресурсы на других планетах и спутниках можно, а полученные экспериментальные данные будут использовать для создания полноценных установок, которые смогут генерировать кислород не только для дыхания, но и в качестве окислителя ракетного топлива. 

Но вернемся от Марса к Луне. Здесь основной источник ресурсов – реголит и водяной лед, находящийся под ним. Ближайшие кандидаты, которые, возможно, смогут продемонстрировать добычу кислорода и воды – израильский стартап Helios и компания Masten Space Systems. По крайней мере первый заключил контракт с японской компанией Ispace на полет к Луне в 2023 году, а вторая – один из претендентов на победу в конкурсе NASA по концепции добычи ледяного льда на Луне. И о каждом проекте чуть поподробнее.

Запасной вариант

Долго ли условия на Земле будут благоприятными для человечества? Нашему виду повезло, что в период его развития не было резких изменений климата, вулканической активности планетарного масштаба или падений крупных астероидов, один из которых вероятно уничтожил динозавров. Но Земля не всегда будет местом, где можно набрать полную грудь воздуха, не боясь вступить в лужу раскалённой лавы. Даже если получится избежать природных катаклизмов, вариант того, что мы сами превратим планету в радиоактивный пепел, также весьма вероятен.

Лунное поселение может стать одним из убежишь для человечества в случае, если мы поймём, что наш родной мир становится непригоден для жизни.

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.

Чем полезен землянам их единственный спутник?

Луна — самый заметный объект на ночном небе. Он также считается самым изученным и единственным, на поверхность которого ступала нога человека. Но мы не можем сказать, что знаем о Луне все. Часть своих тайн она по-прежнему не раскрыла. Как появилась луна? Чем она богата и чем может быть полезна человечеству?

Поверхность луны

Мы знаем, что под нашими ногами находится многометровая толща различных пород – известняков, глин и так далее. Но на Луне все совсем по-другому. Здесь нет и не может быть осадочных горных пород. Поверхность спутника полностью покрыта смесью мелкообломочного материала и тонкодисперсной пыли, которая образовалась в результате метеоритной бомбардировки. Все это можно назвать реголитом или «лунным грунтом». Толщина этого слоя может достигать нескольких десятков метров.

Интересный факт: по своему запаху реголит напомнил астронавтам аромат пережженного кофе.

Американцы уже доставили на Землю свыше 300 килограммов реголита с разных участков поверхности Луны. После тщательных исследований грунта выяснилось, что он полностью обезвожен. Также ученые отследили в его составе базальты и плагиоклазы практически аналогичные земным.

Полезные ископаемые на Луне

На Луне нет ни атмосферы, ни органической жизни, а это значит, что на ней невозможно формирование биогенных ресурсов (нефть, уголь, природный газ). Но наш спутник богат различными металлами:

Также в составе лунного грунта найдены калий, натрий, кремний и фосфор.

Все лунные породы и минералы ученые поделили на три группы:

• Базальты лунных морей (пироксен, плагиоклаз, ильменит, оливин)
• KREEP — породы (калий, фосфор, редкоземельные элементы)
• ANT — породы (норит, троктолит, анортозит)

Очень важным открытием также стали внушительные запасы воды в виде льда. В общей сложности около 1,6 млрд. тонн.

Гелий – 3

Но, пожалуй, наиболее главным и перспективным ископаемым является изотоп Гелий-3. Ученые рассматривают его как термоядерное топливо и считают, что добыча этого ископаемого в ближайшем будущем решит проблему энергетического кризиса на Земле. Именно поэтому в научных кругах его нередко называют «горючим будущего». На Земле изотоп гелия встречается крайне редко. Ученые оценили все его запасы на нашей планете не более чем в одну тонну. Один грамм Гелия-3 может заменить до 15 тонн нефти. Следовательно, стоимость 1 грамма данного вещества равна одной тысяче долларов.

Проблема в том, что в тонне реголита (лунного грунта) содержится всего лишь 10 мг ценного топлива. Именно поэтому будет нелегко осуществлять добычу Гелия-3 на поверхности Луны.

Но все же определенные проекты уже разрабатываются. Америка, например, планирует добывать лунный лед с целью производства на его основе топлива для космических кораблей. Китай заинтересован редкоземельными элементами, содержащимися в лунной коре. Для этого китайские ученые планируют основать на Луне исследовательскую базу. А Роскосмос в свою очередь планирует создать к 2025 году серию роботов для добычи полезных ископаемых на луне.

http://geomix.ru/blog/minerals/poleznye-iskopaemye-na-lune/http://zdavnews.ru/poleznye-iskopaemye-na-lyne-teorii-proekty-dobychi-sostav-pochvy-i-neobhodimyi-yroven-tehnologicheskogo-razvitiia-zdavnews-ru/http://ludirosta.ru/post/bogatstva-luny_2302

Астрономические планы

Подписанию Трампом указа о добыче полезных ископаемых в космосе предшествовала целая кампания американской администрации, направленная на возвращение США на Луну. В мае 2019 года Белый дом запросил у конгресса дополнительно $1,6 млрд на проект высадки американских астронавтов на Луну к 2024 году.

«При моей администрации мы восстановим былое величие NASA и вернёмся на Луну, а затем полетим на Марс», — написал президент США в Twitter.

Напомним, последнюю высадку на Луну американцы осуществили в 1972 году.

• Reuters

Но с 2011 года, когда была свёрнута программа «Шаттл», NASA не проводило пилотируемых полётов в космос. Сейчас американские астронавты и грузы доставляются на МКС российскими ракетами.

Новая лунная программа США уже получила название «Артемида». По словам главы NASA Джима Брайденстайна, к 2024 году на поверхность Луны будет высажена первая женщина. При этом изначально в NASA планировали провести пилотируемый полёт к Луне только в 2028 году. Эти расчёты были пересмотрены в начале 2019 года под давлением администрации Трампа.

Впрочем, эксперты сомневаются, что NASA сможет выполнить распоряжение политического руководства и урезать сроки.

«США вполне могут создать плацдарм на Луне, но явно не к 2024 году, а разве что к 2028 году», — пояснил руководитель Института космической политики Иван Моисеев.

Космические амбиции Трампа не ограничиваются Луной. В июне 2019 года он призвал NASA сосредоточиться на подготовке марсианской миссии, поскольку на Луне американцы уже побывали. В свою очередь, глава NASA заявил, что первый пилотируемый полёт на Марс может состояться уже в 2033 году.

Также по теме

«Золотая мечта американцев»: как США планируют вернуться на Луну к 2024 году

Согласно распоряжению Дональда Трампа, к 2024 году США должны вернуться на Луну. Об этом рассказал вице-президент и глава…

Луна, согласно планам Вашингтона, должна стать для США источником ресурсов. Как заявил в прошлом году вице-президент США Майк Пенс, американские астронавты не просто «совершат визит» на естественный спутник Земли, но и начнут разрабатывать его ресурсы. 

По мнению экспертов, решение Белого дома провозгласить право США на добычу полезных ископаемых Луны и других космических тел в одностороннем порядке неприемлемо.

«Возможно, США пытаются таким образом застолбить своё право на недра Луны. Сейчас лунные программы есть не только у США, но и у ряда других стран, тема набирает актуальность, поэтому Трамп и предпринял такой шаг. Но, вообще говоря, сейчас, на фоне пандемии коронавируса, не самый лучший момент для делёжки лунного пространства», — отметил Лев Зелёный.

Похожей точки зрения придерживается заместитель директора Института истории и политики МПГУ Владимир Шаповалов.

«США действуют в своём стиле. Американское руководство уверено, что любые интересующие США территории и ресурсы должны становиться именно их достоянием. Однако такая политика не соответствует нормам и духу международного права», — отметил эксперт в беседе с RT.

По словам Шаповалова, своими действиями США бросают вызов всей планете, поскольку добывать ресурсы в космосе со временем захотят очень многие страны.

«Если освоение Луны будет проходить не по общим для всех международным правилам и нормам, а лишь на базе национальных законов, это может привести к резкому обострению конкуренции и напряжённости, а также новой гонке вооружений. Поэтому необходимо создание на международном уровне специального правового режима для использования ресурсов в космосе. В данном случае надо сотрудничать, а не соперничать», — подытожил эксперт.

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.

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.

Гелий-3

Пожалуй, главным и наиболее перспективным в плане освоения ископаемым получи и распишись Луне является изотоп гелий-3. Земляне рассматривают его делать за скольких возможное термоядерное топливо. Так, по мнению американского астронавта Гаррисона Шмидта, добыча сего легкого изотопа гелия в ближайшем будущем сможет решить проблему энергетического кризиса возьми Земле.

Гелий-3 в научных кругах нередко называют «горючим будущего». Возьми Земле он встречается крайне редко. Все запасы сего изотопа на нашей планете оцениваются учеными не больше чем в одну тонну. Исходя из этого, стоимость одного грамма вещества равна одной тысяче долларов. Подле этом один грамм гелия-3 способен заменить до 15 тонн нефти.

Овчинка выделки стоит отметить, что наладить процесс добычи гелия-3 на поверхности Луны полноте нелегко. Беда в том, что в одной тонне реголита содержится итого лишь 10 мг ценного топлива. То есть интересах освоения данного ресурса на поверхности нашего спутника нужно склифосовский построить настоящий горно-обогатительный комплекс. Очевидно, что в ближайшие десятилетия сие неосуществимо.

Существует ли темная сторона Луны

Положите кулак на стол, пальцами вниз. Вы видите его тыльную сторону. Кто-то по другую сторону стола будет видеть костяшки пальцев. Примерно так мы видим Луну. Поскольку она приливно заблокирована по отношению к нашей планете, мы будем всегда видеть ее с одной и той же точки зрения.

Понятие «темной стороны» Луны вышло из популярной культуры — вспомним альбом Pink Floyd 1973 года «Dark Side of the Moon» и одноименный триллер 1990 года — и означает на самом деле дальнюю, ночную, сторону. Ту, которую мы никогда не видим и которая противоположна ближайшей к нам стороне.

Впрочем, у нас есть фотографии этой самой «темной стороны».

Луна на фоне Земли выглядит не очень нарядно. Особенно с темной стороны.

Добыча полезных ископаемых на Луне

Солнечный ветер электрически заряжен и время от времени сталкивается с Луной и поглощается породами лунной поверхности. Один из наиболее ценных газов, которые имеются в этом ветре и которые поглощаются породами, это гелий-3, редкий изотоп гелия-4 (который обычно используется для воздушных шариков).

Гелий-3 отлично подойдет для удовлетворения нужд реакторов термоядерного синтеза с последующей генерацией энергии.

Сто тонн гелия-3 могли бы удовлетворить потребности Земли в энергии на год, если верить подсчетам Extreme Tech. Поверхности Луны содержит около пяти миллионов тонн гелия-3, тогда как на Земле его всего 15 тонн.

Идея такова: мы летим на Луну, добываем гелий-3 в шахте, набираем его в баки и отправляем на Землю. Правда, это может случиться очень нескоро.

Поверхность Солнца зачаровывает.

Луна и ее внутренняя строй

У нашей планеты имеется лишь один естественный спутник – Диана. Это самый близкий к Солнцу спутник в пределах всей Солнечной системы. Через Земли Луна находится на расстоянии в 384 тысячи километров. Ее экваториальный радиус равен 1738 км, фигли примерно соответствует 0,27 земного радиуса.

Прежде чем разглашать о полезных ископаемых на Луне, следует максимально подробно обрисовать внутреннюю структуру этого небесного тела. Итак, что установлено ученым на сегодняшний день?

Как и судьба Земля, Луна состоит из ядра, мантии и внешней коры. Лунное становая жила относительно небольшое (всего 350 км в диаметре). В нем содержится несть жидкого железа, также встречаются примеси никеля, серы и некоторых других элементов. Окрест ядра находится слой частично расплавленного вещества, возникший в результате кристаллизации магмы близ 4 миллиардов лет назад (вскоре после образования самой Луны).

Способность лунной коры изменяется от 10 до 105 километров. Притом ее толщина заметно меньше на той стороне спутника, которая обращена к Земле. Всесторонне в лунном рельефе можно выделить две зоны: гористую материковую и пониженную – неизвестно зачем называемые лунные моря. Последние – это не чисто иное, как огромные кратеры, сформировавшиеся в результате бомбардировки поверхности Луны астероидами и метеорами.

Пропавшие лунные камни

В 70-х годах администрация Ричарда Никсона раздала камни, доставленные с лунной поверхности во время миссий «Аполлон-11» и «Аполлон-17», лидерам 270 стран.

«Мы хотели бы поделиться этими камнями со всеми странами нашего мира», — сказал астронавт «Аполлона-17» Юджин Сернан.

К сожалению, более сотни таких камней оказались пропавшими без вести и, как предполагается, отправились на черный рынок. Работая в NASA в 1998 году, Джозеф Гутхайнц даже провел тайную операцию под названием «Лунное затмение», чтобы положить конец незаконной продаже этих камней.

С чего была вся эта шумиха? Кусочек лунного камня размером с горошину оценивался в 5 миллионов долларов на черном рынке.

Луна падает на Землю? Куда ж американцам с неё деться?

Постепенное удлинение земных суток вследствие солнечных приливов нарушит установившееся относительное равновесие в системе Земля-Луна. Луна станет приближаться к Земле. Расчеты показывают, что через какое-то время это сближение должно завершиться катастрофой.

Можно подумать, что Луна упадёт на Землю, но до этого дело, видимо, не дойдет.

Просто, когда Луна приблизится к Земле на запретное расстояние – достигнет так называемого предела Роша, ближе которого она не может сохранить устойчивую форму, наш естественный спутник будет разорван на части мощными земными приливными силами. Из множества лунных фрагментов вокруг Земли возникнет кольцо, похожее на кольцо Сатурна. Разрыв Луны произойдет примерно тогда, когда расстояние между центрами Земли и Луны сократится до 18 тысяч километров.

Впрочем, если североамериканцам всё же удастся наладить на нашем спутнике добычу полезных ископаемых, ко времени критичного сближения Луны с Землёй они уже выкачают из сателлита всё мало-мальски ценное. И перелетят куда-нибудь на Титан, спутник Юпитера, – там, говорят, тоже полезных ископаемых немало, и вода есть. Впрочем, в Солнечной системе пока что достаточно и планет, и спутников этих планет, на которые может распространиться суверенитет североамериканских Соединённых Штатов. Ведь, судя по последним событиям, для этого достаточно лишь указа президента этой страны.

Израильский гелий на добычу лунного кислорода

Как уже упоминалось выше, лунный грунт может содержать до 45% кислорода, но это кислород, который входит в состав соединений с другими элементами реголита – кальцием, железом, алюминием и т. д.

Молодая израильская компания Helios предложила добычу кислорода из лунного грунта с помощью электролиза расплавов оксидов. Процесс аналогичен электролизу воды, единственный нюанс, который вытекает из самого названия – оксиды необходимо расплавить, прежде чем пропускать через них электрический ток. Для этого, как отмечают разработчики в Helios, понадобится температура порядка 1600 градусов по Цельсию. 

Как отмечает директор Helios Джонатан Гейфман, именно высокая температура – основной фактор, к которому надо приспособиться и создать систему, которая сможет работать в таких условиях, причем продолжительное время. По его словам, компанией разработаны инновационные электроды, которые смогут работать в течение нескольких лет без замены и без проблем выдерживать высокую температуру. На эту разработку уже получен патент. В данный момент ведутся активные работы по масштабированию установки, которая позволит добывать кислород в промышленном объёме.

Помимо получения кислорода, способ позволит добывать и вещества, которые входили в состав оксидов и их также можно будет использовать.

Система прошла испытания в земных условиях, в качестве реголита использовался состав, идентичный тому, что был доставлен на Землю в рамках программы “Аполлон”. Поэтому создатели проекта уверены в успехе своего детища. Причем сама установка может быть универсальной и работать на любом космическом теле, где есть подходящий по составу материал.

К сожалению, пока что не удалось найти информацию, как конкретно она будет выглядеть, каким образом и где будет складироваться полученный кислород и т. д. Есть лишь пара фото с официального сайта, и видео, где компания делится своим видением о будущем космонавтики и использовании концепции ISRU, которое представлено выше.

Однако уже в следующем году, Helios планирует провести эксперимент на МКС в условиях микрогравитации. А буквально несколько дней назад – 19 июля, в посольстве Японии представители Израиля подписали предварительный контракт с компанией Ispace, которая обязуется доставить модуль на Луну при осуществлении миссий в 2023 и 2024 годах.         

P. S. Оба проекта выглядят амбициозно и могут помочь еще на чуть-чуть приблизить момент появления человека в космосе в качестве колониста. Об успехах этих экспериментов можно будет судить уже совсем скоро, а пока остается только наблюдать за всей космической сферой, которая набирает и набирает обороты.