Ничто не вызывает у нас большего восторга, чем открытие воды на другой планете. Мы восхищаемся каналами и заливами на Марсе или мечтаем об инопланетной жизни под зловещим и загадочным ледяным покровом Европы. Даже вода на нашей планете является ценным ресурсом, тесно связанным с возникновением всех организмов. Однако открытие воды на Луне радует нас по другой причине. Не потому, что Луна может иметь схожую с Землёй историю, как это предполагается в случае с Марсом. И не потому, что мы верим в существование инопланетных организмов на её затенённых полюсах. Лёд на Луне волнует нас потому, что он может позволить нам создавать ракетное топливо в космосе и открыть огромные новые экономические возможности для нескольких стран-первопроходцев.
Превращение воды в ракетное топливо — это поразительно простой процесс. Вода, как мы все знаем, состоит из атомов водорода и кислорода, связанных в молекулу. Водород является как самым распространённым, так и самым лёгким из всех известных элементов, но он горит при температуре 3 038°C (5 500°F). Он является наиболее эффективным ракетным топливом на сегодняшний день, так как даёт нам наибольший удельный импульс. С другой стороны, кислород поглощается самолётами и затем соединяется с топливом самолёта для создания сгорания. Ракетные корабли не имеют такой роскоши, так как они работают в безкислородном космическом пространстве. Им необходимо брать с собой собственные запасы кислорода. Но сначала эти два элемента должны быть разделены, если мы собираемся использовать их для питания наших ракет.
Для этого мы вводим электрический ток в воду. В процессе электролиза атомы водорода и кислорода разделяются. Водород будет выступать в качестве топлива, а кислород — в качестве окислителя. Эти элементы должны храниться в жидком виде в двух разных контейнерах до тех пор, пока они не будут закачаны в камеру сгорания и не воспламенятся. Сжижение кислорода и водорода — нелёгкая задача. Сжижение требует температур в сотни градусов ниже нуля. В случае жидкого водорода он должен храниться при температуре -253°C (-423°F). Любой источник тепла во время космического полёта может вызвать испарение водорода или его расширение и взрыв. Поэтому его необходимо изолировать от трения воздуха, солнечного света и выхлопных газов ракеты, а также оснастить вентиляционными отверстиями на случай, если он всё-таки поглотит тепло и расширится. В камере сгорания жидкий водород и кислород воспламеняются и сгорают, создавая выхлопные газы, которые затем проходят через сопло и обеспечивают ракету тягой.
Тяга позволяет ракетному кораблю вырваться из гравитационного колодца Земли, как отрываться от руки любимого человека. И с этим — с не многим более чем парой простых элементов, найденных в небольшом водоёме, — вы можете исследовать тёмные границы Солнечной системы.
Существует приблизительно 600 миллионов метрических тонн лунного льда, который можно добывать и использовать на будущем межпланетном заправочном пункте. Ракеты больше не нужно будет загружать таким количеством топлива, снижая вес ракеты и количество топлива, необходимого для старта с Земли. Заправочная станция на Луне значительно снизит стоимость миссий к любым ближайшим мирам, включая мечту о Марсе. Возможность производства кислорода и водорода также сделает миссии безопаснее, так как астронавты смогут пополнять свои запасы в случае аварийной ситуации. Лунный лёд обещает очень много. Но проблема заключается в его добыче.
Лёд на Луне не существует в виде огромных листов, как мы иногда видим на Земле. Он проявляется в виде мелких зёрен, смешанных с лунным грунтом. Большинство этих ледяных залежей находится на полюсах, где постоянные тени и суровые температуры делают местность тяжёлой для наших роботизированных машин. Температуры могут достигать -248°C (-415°F). Идеально было бы, чтобы одновременно работало несколько машин по добыче лунных ресурсов, но неразумно иметь команды людей, следящих за каждой машиной. Одна из главных целей технологии добычи на Луне — сделать их как можно более автономными, чтобы только один человек был необходим для управления группой машин, а не наоборот.
Один из предлагаемых методов извлечения этого льда включает в себя процесс, известный как сублимация. Сублимация — это когда вещество в твёрдом состоянии сразу переходит в газообразное состояние, минуя жидкое. В этом случае лёд становится паром, не проходя через фазу жидкой воды. Линзы, возвышающиеся над краями кратеров, будут концентрировать солнечный свет на почве, нагревая её до -53°C (-63°F). Этого будет достаточно для сублимации льда. Водяной пар собирается холодной поверхностью и затем транспортируется в перерабатывающий завод, где он может пройти процесс превращения в ракетное топливо. Энергия, необходимая для этого, может поступать от солнечных панелей или от ядерного реактора.
Собранную воду также необходимо очищать перед использованием. Недостаточная очистка воды может сделать топливо не только непригодным для использования, но и нестабильным и опасным для обращения. Процесс очистки представляет собой уникальную задачу. У инженеров нет образцов лунного грунта для многократного тестирования своих систем очистки, что означает, что по крайней мере часть их работы будет зависеть от надежды — надежды на то, что все эти роботы смогут выполнять свою работу, когда они наконец окажутся на поверхности Луны.
Другие ценные ресурсы, доступные на Луне, включают гелий-3 для использования в термоядерной энергии и редкоземельные металлы, жизненно важные для нашей современной электроники. Программа Artemis NASA уже ставит перед собой цель вернуть астронавтов на Луну к 2024 году, включая первую женщину, которая ступит на её поверхность. Китай и Россия также планируют отправить своих людей, причём Китай нацелился на это к 2030 году, а Россия — к 2040 году. Это предприятие будет стоить как минимум 20 миллиардов долларов, по оценкам NASA. Этот план возвращения на Луну включает в себя предложение по добыче её многочисленных ресурсов и предложения, чтобы базы стран не вмешивались друг в друга.
В прошлом наш спутник был всем, от божества до цели. Она давала нам свет для восхищения даже после заката солнца. Теперь Луна превращается в ступеньку: место, где мы будем тестировать наши технологии — и самих себя — перед тем, как отправиться глубже в Солнечную систему. Это мир, полный сокровищ, и один из них готов вызвать конфликты между странами. Для меня это одновременно захватывающе и одновременно душераздирающе слышать о планах по добыче на Луне. Я не хочу, чтобы Луна была воспринята просто как ещё один ресурс в нашей Вселенной. Некоторые из нас забыли, как ценить Землю, индустриализируя её когда-то дикие, нетронутые тела. Печально думать, что это чувство может распространиться на всю Вселенную, начиная с Луны.
Не забудьте посмотреть на красивое выравнивание Сатурна и Юпитера в этот понедельник вечером. Хотя это выравнивание происходит каждые 20 лет, 2020 год будет первым разом за 400 лет, когда планеты пройдут так близко друг к другу. Вы можете увидеть их в небе невооружённым глазом сразу после заката. Я нахожу, что 30 минут после заката — лучшее время для наблюдения. Они будут находиться на юго-западе Луны.
Вот руководство NASA по нахождению Великого соединения:
«Найдите место с незагораживаемым видом на небо, например, поле или парк. Юпитер и Сатурн яркие, поэтому их можно увидеть даже из большинства городов.
Через час после заката посмотрите на юго-западное небо. Юпитер будет выглядеть как яркая звезда и легко виден. Сатурн будет немного тусклее и будет немного выше и слева от Юпитера до 21 декабря, когда Юпитер обгонит его и они поменяются местами на небе.
Планеты можно увидеть невооружённым глазом, но если у вас есть бинокль или небольшой телескоп, вы можете увидеть четыре больших луны Юпитера, вращающихся вокруг гигантской планеты».