Александр Марков - Путешествия к Луне

Выход из описанной ситуации давно известен: активное освоение космического пространства, интенсивная индустриализация космоса и использование внеземных материальных и энергетических ресурсов. Ближайшие к Земле небесные тела — Луна и сближающиеся с нашей планетой астероиды — обладают всеми ресурсами, необходимыми для дальнейшего устойчивого развития нашей цивилизации.

Как ни странно, ближайшее к нам планетное тело, Луна, сегодня изучена хуже по сравнению, например, с гораздо более удаленным Марсом. Долгое время бытовало довольно близорукое представление о том, что после посещения Луны человеком это тело уже не представляет интереса в качестве объекта интенсивных космических исследований. До сих пор те, кто определяет политику в освоении космоса, не смотрели на естественный спутник Земли как на часть инфраструктуры нашей цивилизации, необходимую для ее выживания. Пока еще не начаты развернутые и целенаправленные исследования возможных природных ресурсов Луны, поэтому наши знания о лунных ресурсах все еще носят фрагментарный характер.

Наиболее мощным источником космической энергии для нас служит Солнце. Солнечная энергетическая система на лунной поверхности может собирать эту энергию и передавать на Землю с помощью высокочастотных излучателей (СВЧ — системы). Такая система могла бы обеспечить промышленно значимый энергетический выход уже к 2050 г.

Другим известным в настоящее время энергетическим ресурсом Луны является гелий-3, присутствующий в поверхностном слое лунного грунта. Этот изотоп ( 3Не) можно использовать в наземных реакторах, работающих на принципе термоядерного синтеза, в реакции «дейтерий + гелий-3» (D + 3Не→ 4Не + р + 18,4 МэВ). По оценкам, 1 т гелия-3 может обеспечивать в течение месяца получение 0,1 ТВт энергии, так что все энергетические потребности нашей цивилизации при их нынешнем уровне могут быть покрыты за счет ежемесячной добычи всего 130 т гелия-3. Основными преимуществами этого способа производства энергии будут значительное снижение выделения газов, способствующих возникновению парникового эффекта (СО 2и др.), практически полное отсутствие радиоактивных отходов и резкое уменьшение потребностей в добыче и сжигании угля, нефти и газа.

Но гелий-3 в естественном состоянии практически отсутствует на Земле: полное количество этого ценного изотопа на нашей планете составляет не более 1 т. Его основным источником в околоземном пространстве является так называемый «солнечный ветер» — поток заряженных частиц, испускаемый нашим светилом. До поверхности Земли, защищенной радиационными поясами, эти частицы не доходят. На Луне же, которая не обладает магнитным полем, аналогичным земному, отсутствует и подобная защита. В течение миллиардов лет рыхлый поверхностный слой Луны насыщался гелием-3. По оценкам, основанным на анализе образцов лунного грунта, запасы гелия-3 на Луне составляют около 10 млн т, во всяком случае, никак не менее 0,5 млн т. Эти запасы, использованные как ядерное топливо, могли бы обеспечить энергетические потребности человечества в течение нескольких тысяч лет. Инженеры уже создали эскизные проекты автоматических агрегатов для добычи гелия-3 на Луне. Каждая такая машина способна перерабатывать сотни тонн лунного грунта в час. Если внутри рабочей камеры за счет солнечных нагревателей поднять температуру до 800 °C, то из обрабатываемого лунного вещества будет извлечено примерно 90 % газа.

Создание промышленного комплекса на Луне потребует использования значительного количества конструкционных материалов. Несложные подсчеты убеждают, что доставка необходимых составляющих с Земли оказывается весьма нерентабельной. Реальная схема построения лунных комплексов должна предусматривать использование лунных материалов. Без учета технологических проблем самая общая оценка показывает, что лунный карьер размерами 100×100 м 2и глубиной всего 10 м может обеспечить получение 40 тыс. т кремния, от 80 до 90 тыс. т кислорода, от 15 до 30 тыс. т алюминия, от 5 до 25 тыс. т железа, 9 тыс. т титана.

Располагая подобными материальными ресурсами, Луна обладает еще одним достоинством — своим положением на околоземной орбите. Создание крупных орбитальных станций около Земли неизбежно потребует существенных затрат. Например, для доставки с Земли на геостационарную орбиту полезного груза общей массой в 1 млн т потребуется израсходовать около 300 млн т топлива и примерно 2,5 млн т конструкционных материалов. При этом в земную атмосферу поступит около 40 млн т загрязняющих веществ. С другой стороны, в случае доставки такого же по массе полезного груза с Луны потребуется всего лишь 90 млн т топлива. Принципиально существует и другая возможность — вынести все энергоемкое и вредоносное производство на Луну, а на Землю доставлять лишь готовый продукт.

Итак, пока мы не приступили к выполнению программы индустриализации космоса, наше будущее зависит от количества энергии, которую мы во всё большем количестве производим на Земле.

Когда же может наступить критический момент? Когда земная среда не сможет естественным путем противостоять антропогенной нагрузке, действующей на нее со стороны нашей цивилизации? Если избрать наиболее щадящий вариант, при котором мировое потепление будет происходить медленно, с нынешней скоростью по линейному закону, то легко убедиться, что критическое повышение средней мировой температуры на 5 °C относительно современного уровня будет достигнуто к 2060–2070 гг. А если эта тенденция сохранится и далее, то к концу XXI в. общее потепление превысит 10–15 °C, что приведет к настоящей экологической катастрофе на Земле.

Более аккуратные оценки, сделанные с учетом вероятных тенденций производства энергии внутри земной среды обитания, ставят несколько более отдаленные критические сроки, но тоже не выходящие далеко за пределы нынешнего века. Даже при существующем сегодня уровне потребления энергии на душу населения, учитывая только прогнозируемый рост населения Земли, к 2050 г. производство энергии должно удвоиться и составить около 30 ТВт. При таких темпах роста дополнительно вырабатываемой энергии упомянутый выше критической уровень в 90 ТВт будет превышен уже к 2150 г.

Если же предположить, что все развивающиеся сегодня страны пожелают достичь уровня высокоразвитых стран и хотя бы частично преуспеют в этом (что вполне вероятно), то уже к 2050 г. человечеству потребуется увеличить добычу сырья и потребление энергии в несколько раз. В этом случае критический уровень производства энергии внутри земной среды может быть перекрыт уже к 2060–2070 гг. Как видим, эта оценка близка к предсказанному выше моменту наступления критической фазы парникового эффекта.