Люди в очередной раз решили покорить Луну и в перспективе сделать ее пригодной для жизни. Для этого на спутнике нужно построить базы, доставить туда воду и кислород. Направить все это в ракете слишком дорого, так как стоимость одного килограмма полезной нагрузки сегодня составляет тысячи долларов. Поэтому некоторые важные для жизни вещи будут производиться прямо из лунного грунта — реголита.
Кирпичи
Реголит состоит из смеси пыли, обломков пород и стекла. По своему составу лунный грунт похож на песок, и поэтому одно из самых логичных его применений — создание состава для производства кирпичей, из которых впоследствии можно будет построить базы и другие объекты на спутнике Земли.
Ученые уже сейчас разрабатывают технологию производства «лунных кирпичей». Так, например, в Корейском институте гражданского строительства придумали способ, основанный на микроволновом спекании реголита. Этот метод дает возможность сделать лунный грунт твердым, не достигая температуры его плавления. Таким образом можно получить сплошные плотные блоки для строительства.
Китайские ученые пошли дальше и уже показали первую в своем роде машину, способную делать строительные блоки из грунта на Луне. Устройство нагревает реголит до 1400–1500 градусов по Цельсию, в результате он полностью расплавляется и становится материалом для 3D-принтера, который может печатать кирпичи разных размеров.
Кислород
На Луне нет атмосферы, а людям нужно чем-то дышать. Поэтому еще одна ключевая задача для колонизации земного спутника — найти способ создания пригодного воздуха. И совсем недавно американская компания Blue Origin объявила о прорыве в этой области.
Дело в том, что кислород на Луне есть — он находится в реголите, но не в чистом виде, а в связке с разными металлами. Чтобы его извлечь и «собрать», ученые использовали технологию электролиза и создали компактный реактор Air Pioneer. В процессе производства кислорода лунный грунт сначала нагревается до 1600 градусов по Цельсию и плавится, а затем через него пускают электричество, что приводит к разделению ионов. После металлы оседают, а кислород выделяется в виде пузырьков.
Для испытаний использовались образцы настоящего лунного грунта, предоставленного NASA.
Кроме того, реактор производит в качестве побочных продуктов разные металлы и кремний, их планируется использовать в создании электроники и строительстве инфраструктуры. Для работы реактора необходимо около 1 МВт энергии, которую будут обеспечивать солнечные панели.
Вода
Еще одну сложную задачу решают исследователи Китайского университета Гонконга. Они научились получать из лунного грунта воду, которая необходима для жизни людей.
На самом деле реголит содержит какое-то количество воды, запертой внутри минералов. Извлечь ее сложно — это энергозатратный и технически сложный процесс. Однако китайские инженеры придумали, как упростить производство.
Так, ученые построили работающую на солнечной энергии установку, которая использует в качестве сырья реголит и углекислый газ, выдыхаемый человеком. Принцип работы в следующем: солнечное тепло нагревает грунт до температуры, при которой вода перейдет в газообразное состояние, а затем ее можно собрать и использовать. Но ученые решили провести реакцию с углекислым газом, и ее продуктами стали три важных химических элемента — водород, кислород и монооксид углерода. Их можно применять для жизнеобеспечения на лунных станциях и в качестве компонентов ракетного топлива.
Почва для растений
Реголит непригоден для выращивания растений, потому что в нем отсутствуют влага, органические соединения, а также ключевые питательные элементы — азот, калий и фосфор. Но оказалось, что его можно улучшить и сделать плодородным.
Так, исследователи в Китае предлагают использовать одноклеточные фотосинтезирующие организмы — диатомовые водоросли, обладающие уникальной способностью к выветриванию минералов. При этом они могут разлагать один из основных компонентов лунного грунта, оливин, высвобождая необходимые для роста растений элементы, такие как кремний, фосфор и кальций.
Эксперименты проводились в грунте, имитирующем реголит. В процессе выяснилось, что добавление этих организмов улучшило водоудерживающие свойства и аэрацию почвы, также помогло сформировать стабильную структуру субстрата. Это стимулировало рост корневой системы растений и увеличило скорость прорастания.
Важно, что диатомеи устойчивы к условиям космоса. Они способны выжить в невесомости, а также в среде с перепадом температур, высокой радиацией и низким давлением.
Гелий-3
Этот изотоп гелия привлекает внимание людей как потенциальное топливо для термоядерных реакторов. Он не дает радиоактивных отходов и предполагается, что в будущем из него будут получать чистую. А еще гелий-3 позволяет охлаждать оборудование почти до абсолютного нуля — такие температуры нужны для стабильной работы квантовых компьютеров.
Проблема заключается в том, что на Земле этого вещества практически нет. Оно присутствует в чистом виде в ничтожных количествах в мантии планеты, поэтому его добывают искусственно при распаде трития в ядерных реакторах, а это небезопасный и сложный процесс.
Зато на Луне гелия-3 полно. Наш спутник лишен атмосферы и магнитного поля, поэтому поток заряженных солнечных частиц, где есть атомы данного вещества, свободно достигает поверхности. По оценкам аналитиков, в грунте может находиться от 500 тыс. до 3 млн тонн этого изотопа.
Американская компания Interlune планирует добывать гелий-3 на Луне. В 2025 г. она уже заключила два контракта на поставку вещества с 2029 г. Для добычи был разработал специальный экскаватор, способный проникать на глубину до трех метров, перерабатывать до 110 тыс. тонн грунта в час и работать в экстремальных температурных условиях.
После сбора изотоп будут извлекать, нагревая реголит или воздействуя на него резонансным электромагнитным излучением. Очистка будет происходить на Луне, чтобы снизить массу груза, направляемого на Землю.