|
Воды на Луне может не хватить для крупных колоний
|
|
|
|
На дно кратеров в полярных областях Луны солнечный свет не попадал приблизительно четыре миллиарда лет. Поскольку в некоторых таких областях температура не поднимается выше минус 163 градусов Цельсия, они действуют как «холодные ловушки». По оценкам, за миллиард лет находящийся там лед из-за сублимации может потерять менее миллиметра своей толщины.
|
|
|
|
Правда, точное происхождение лунной воды до сих пор не установлено. Ее могли доставить астероиды и кометы, часть могла образоваться при взаимодействии лунного грунта с солнечным ветром, а некоторое количество воды уже присутствовало в недрах спутника. Оценки ее запасов тоже сильно различаются.
|
|
|
|
Чтобы оценить перспективы жизнеобеспечения крупных поселений на Луне, Мартин Элвис (Martin Elvis) и Джонатан Макдауэлл (Jonathan McDowell) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США) рассчитали потребности таких колоний в воде и энергии. Ученые рассмотрели города с населением от 100 тысяч до миллиона человек. Результаты научной работы опубликованы в журнале Frontiers in Space Technologies.
|
|
|
|
Расчеты показали, что с энергией серьезных проблем возникнуть не должно. Края некоторых полярных кратеров практически постоянно освещены солнцем. Так, башни высотой около километра с фотоэлектрическими панелями могли бы обеспечивать в среднем около трех гигаватт мощности на протяжении 90 процентов времени. Этого достаточно для города с миллионом жителей, которому с учетом бытовых и промышленных нужд потребуется примерно 2,1 гигаватта. Сами панели в перспективе можно производить на Луне — там есть необходимый для этого кремний.
|
|
|
|
|
|
|
Однако оставшиеся 10 процентов времени солнечного света будет недостаточно, поэтому городу понадобятся аккумуляторы емкостью в сотни гигаватт-часов. Такие системы будут иметь огромную массу, а доставлять их, скорее всего, придется с Земли: доступных запасов лития для производства на самом нашем спутнике пока не нашли. Все это заметно усложняет снабжение крупной колонии только за счет солнечной энергии.
|
|
|
|
Альтернативой могут стать атомные электростанции, которым солнечный свет и столь крупные накопители энергии не нужны. NASA уже разрабатывает ядерный реактор для длительной работы на поверхности Луны и испытает его в 2028-2029 годах.
|
|
|
|
Главным ограничением оказалась вода. Помимо питья и бытовых нужд, она понадобится для производства кислорода и, прежде всего, выращивания пищи. С учетом этого исследователи заложили в расчеты около 500 тонн на человека в год. Основная часть этого объема приходится на сельскохозяйственные нужды, причем ученые уже исходили из того, что выращивать растения на Луне будут более экономными способами, чем на Земле.
|
|
|
|
Для расчетов взяли миллиард тонн лунной воды (весьма щедрая оценка). Между тем суммарное содержание воды в восьми кратерах, которые считаются наиболее богатыми летучими веществами, оценивают примерно в 34 миллиона тонн. Но даже если предположить наличие миллиарда тонн воды, без ее переработки город с населением 100 тысяч человек исчерпает запас примерно за 20 лет, а город-миллионник — всего за два года.
|
|
|
|
Изменить ситуацию поможет повторное использование воды: на Международной космической станции, например, удается вернуть в оборот примерно 98 процентов. При такой эффективности миллиарда тонн хватило бы городу с 100 тысячами жителей примерно на тысячу лет, а с миллионом — на столетие. Однако при нынешних технологиях население гипотетической лунной колонии ограничится несколькими сотнями тысяч человек.
|
|
|
|
Чтобы город-миллионник мог существовать на спутнике тысячу лет, потери воды пришлось бы сократить примерно в 10 раз по сравнению с нынешним уровнем на МКС, то есть эффективность переработки должна превышать 99,75 процента. Правда, добиться такого показателя и постоянно поддерживать его будет сложно.
|
|
|
|
Одно из возможных решений — сокращение расхода воды. Вертикальные фермы, к примеру, могут потреблять значительно меньше воды, нежели традиционное сельское хозяйство. Воду также можно доставлять с других небесных тел. Но для миллионного города даже при 98-процентной переработке ежегодно придется привозить около 10 миллионов тонн воды.
|
|
|
|
Может оказаться и так, что воды на Луне больше, чем удалось обнаружить до сих пор. Существующие методы позволяют исследовать грунт на глубине от нескольких метров до нескольких десятков метров в зависимости от способа наблюдений. Значит, глубже могут скрываться пока неизвестные запасы льда.
|
|
|
|
Многое зависит и от происхождения самой Луны. Согласно гипотезе гигантского столкновения, примерно 4,5 миллиарда лет назад Земля столкнулась с протопланетой Тейей, а из выброшенного вещества сформировался спутник. Но первоначальная версия этой модели плохо объясняла, в частности, большое сходство изотопного состава Земли и Луны.
|
|
|
|
Отсюда возникли другие сценарии — например, более мощное столкновение, при котором вещество Земли и Тейи перемешалось сильнее, — а также гипотеза о множестве последовательных ударов астероидов о Землю, постепенно собравших Луну без расплавления ее материала, неизбежного при мегаимпакте. Раз нет расплавления, и количество воды в лунном материале должно быть сравнимо с земным.
|
|
|
|
В таком сценарии вода на земном спутнике находится в основном не в холодных ловушках кратеров вечной тени, а в вечной мерзлоте, уходящей в приполярных зонах на глубину до километра. Если эта гипотеза верна, общий объем лунной воды на несколько порядков больше, чем в теории мегаимпакта, а причин беспокоиться о водном дефиците у будущих лунных поселений, скорее всего, нет.
|
|
|
|
Таким образом, выводы авторов научной работы зависят от того, сколько воды на самом деле скрывает Луна. Если ее запасы ограничены уже известным льдом в полярных кратерах, крупным поселениям придется крайне бережно расходовать и почти полностью перерабатывать воду. Если же значительные запасы льда существуют глубже под поверхностью, проблема водного дефицита может оказаться не настолько острой.
|
|
|
|
Источник
|
