Поскольку человечество вернется на Луну в ближайшие несколько лет, оно будет нуждаться в воде, чтобы выжить. Хотя снабжение с Земли будет работать какое-то время, в конечном итоге лунная база должна будет стать автономной? Итак, сколько воды потребуется, чтобы это произошло? Именно на это направлено исследование, недавно опубликованное на сервере препринтов arXiv, в котором группа исследователей из Университета Бейлора изучала сценарии управления водными ресурсами для автономной лунной базы, включая подходящее местоположение базы и способы добычи и обработки воды для безопасного потребления с использованием соответствующего персонала. Здесь Universe Today обсуждает это исследование с доктором Джеффри Ли, ассистентом-адъюнкт-профессором Центра астрофизики, космической физики и инженерных исследований Университета Бейлора и ведущим автором исследования, о мотивации, стоящей за исследованием, значимых результатах, важности наличия автономной лунной базы, и какие последствия это исследование может иметь для предстоящих миссий Artemis. Итак, какова мотивация этого исследования?
Доктор Ли рассказывает в интервью Universe Today: "Эта статья на самом деле является для меня эклектичным отвлечением от моих астрофизических исследований первичных черных дыр, космологии ранней Вселенной, прорывной физики движения и моих геофизических исследований столкновений с астероидами. Если будут осуществлены полеты человека по всей Солнечной системе, особенно на Марс, то создание постоянного лунного объекта представляется логичным первым шагом". Для проведения исследования исследователи изучили требования к управлению водными ресурсами для автономной лунной базы на 100 человек размером 500 м х 100 х 6 м (1640 футов х 328 футов х 20 футов), включая расположение лунной базы вблизи залежей водяного льда, технологию, необходимую для преобразования водяного льда к водяному пару (поскольку жидкая вода на Луне существовать не может), а также к технологии, необходимой для очистки и рекуперации воды, которая обеспечила бы безопасное потребление для базы на 100 человек.
В исследовании использовались текущие оценки потребления воды американскими домохозяйствами, которые составляют примерно 100 галлонов в день на человека, включая уборку, приготовление пищи, питье, промывку туалетов и стирку одежды. Кроме того, исследователи изучили количество воды, необходимое для сельскохозяйственных, технических и общих нужд лунной базы. Что касается расположения лунной базы, исследователи пришли к выводу, что лучшим местом для нее было бы либо рядом с хребтом Шеклтона-де Жерлаша, который расположен на 89,9°южной широты, либо почти непосредственно на южном полюсе Луны. Причина, по которой это место идеально подходит для залежей водяного льда, заключается в том, что кратер Шеклтон находится в зоне постоянной тени (PSR), то есть он постоянно погружен в темноту из-за небольшого наклона оси вращения Луны, и водяной лед потенциально накапливался на протяжении миллиардов лет.
В конце концов, команда пришла к выводу, что потребность лунной базы на 100 человек в воде для удовлетворения человеческих, сельскохозяйственных и технических потребностей составляет 12,3, 72 и 2 акро-фута в год. Например, один акро-фут эквивалентен приблизительно 326 000 галлонам, поэтому лунной базе на 100 человек потребуется более 4 000 000 галлонов в год для нужд людей, более 23 000 000 галлонов в год для сельскохозяйственных нужд и 652 000 галлонов в год для технических нужд. Итак, основываясь на этих выводах, каковы были наиболее значимые результаты этого исследования и какие последующие исследования в настоящее время проводятся или планируются к проведению?
Доктор Ли говорит в интервью Universe Today: "Есть веские доказательства того, что на Луне имеется достаточное количество воды для поддержания постоянной лунной колонии, и с помощью современных технологий можно обеспечить получение, обработку и распределение лунной воды. Для контроля за всеми аспектами использования лунной воды потребуется соответствующая административная структура. Относительная нехватка воды на Луне и управление ее запасами потенциально могут дать представление о том, как улучшить управление водными ресурсами на Земле. Следующим исследованием моей группы будет изучение того, каким образом использование лунной воды может помочь улучшить управление водными ресурсами на земле. Однако сроки проведения этого исследования еще предстоит определить."
В исследовании обсуждается использование ресурсов на месте (ISRU), при котором используются доступные ресурсы на месте как для обеспечения устойчивости, так и для выживания. В данном случае, использование залежей водяного льда на Луне, и особенно вблизи южного полюса Луны, для удовлетворения потребностей в воде автономной лунной базы на 100 человек. Потенциал использования ISRU НАСА значительно возрос за последние несколько лет, поскольку отправка воды с Земли на Луну может оказаться чрезвычайно дорогостоящей операцией. Но помимо финансовых рисков, если миссия по пополнению запасов задержится или потерпит неудачу на пути к Луне, экипаж может столкнуться со значительной опасностью. Таким образом, обучение "жизни за счет земли" для лунной базы может оказаться жизнеспособным и долгосрочным вариантом, позволяющим снизить потребность в полетах с Земли для пополнения запасов. Но какую дополнительную важность может иметь автономная лунная база?
Доктор Ли рассказывает в интервью Universe Today: "На протяжении многих лет перспектива колонизации Марса вызывала всеобщее восхищение. Действительно, в настоящее время мы, вероятно, можем организовать краткосрочное путешествие человека на Красную планету, в ходе которого астронавты будут собирать образцы, проводить эксперименты, устанавливать флаги и, когда наступит следующее стартовое окно, вернутся на Землю. Однако постоянная колонизация Марса гораздо более амбициозна и сложна. Марс находится намного дальше, чем Луна, и для того, чтобы добраться туда, требуется девять месяцев, а время в пути туда и обратно составляет 21 месяц (необходимо провести на Марсе 3 месяца, пока не наступит следующее окно запуска)."
Цель НАСА - отправить людей на Марс с помощью проекта агентства "Луна - Марс архитектура", который представляет собой тщательно продуманную многолетнюю работу по разработке необходимых технологий на Луне для использования во время полета экипажа на Красную планету. Это включает в себя науку, инфраструктуру, транспорт, жилье и операции, и это лишь некоторые из них. Однако, как уже отмечалось, в то время как мы можем (возможно) отправить людей на Красную планету для кратковременного пребывания с помощью наших современных технологий, долгосрочное присутствие человека на Марсе потребовало бы значительно больше времени и ресурсов.
Доктор Ли говорит в интервью Universe Today: "Логичным следующим пунктом назначения, помимо низкой околоземной орбиты, является Луна. Колонизация Луны технологически достижима, и по сравнению с колонизацией Марса это намного проще. Возможность создания базы на Луне кажется очевидным условием для создания базы на Марсе. Кроме того, Луна могла бы стать отличной отправной точкой для дальнейшей колонизации Солнечной системы, включая, возможно, создание небольших колоний в недрах астероидов, сближающихся с Землей. Кроме того, некоторые предположили, что Луна является идеальным местом, с которого можно было бы осуществлять перехват астероидов, приближающихся к Земле."
Это исследование было проведено в рамках программы НАСА "Артемида", которая планирует высадить первую цветную женщину на поверхность Луны в ближайшие несколько лет. Нынешние посадочные площадки миссий Artemis находятся вблизи южного полюса, что позволяет получить доступ к близлежащим залежам водяного льда в вышеупомянутых PSR, и могут быть идеальными для разработки технологий ISRU, которые также могут быть использованы в будущих миссиях с экипажами на Марс. Итак, какие последствия может иметь это исследование для предстоящих миссий Artemis?
"Для краткосрочных посещений Луны, таких как запланированные миссии Artemis, не потребуется лунная вода", - говорит доктор Ли в интервью Universe Today. "В таких случаях достаточное количество воды можно было бы доставить с Земли. Однако, если в какой-то момент в будущем создание лунной колонии станет приоритетной задачей, будущие миссии Artemis могли бы предоставить ценную информацию о наличии и изобилии лунной воды на месте, особенно на южном полюсе Луны и в непосредственной близости от кратера Шеклтон (идеального района для лунной базы).."
