В последнее время Луне уделено колоссальное внимание: полеты к ней, высадка человека, создание станции на орбите, исследование льда под реголитом, а уж проекты своих лунных баз не представили только страны, уж очень далекие от космических исследований. С одной стороны – это весьма амбициозные проекты, успешная реализация которых может начать новую эру в космонавтике, а возможно и стать началом колонизации космоса. Но с другой стороны, пока еще хватает проблем как в материальном, таки и в техническом плане. Одна из них – это ресурсы, которые доставлять на ту же гипотетическую базу с Земли будет чертовски сложно и невыгодно. Решение видится очевидным но не совсем простым – добыча всего необходимого на месте.
ISRU
Эту аббревиатуру следует проговаривать исключительно по буквам. Расшифровка – In-Situ Resource Utilization, т. е. использование местных ресурсов или ресурсов на месте. Такая концепция подразумевает добычу полезных ископаемых, строительных материалов, воды и воздуха для людей, компонентов топлива для ракет прямо на другой планете, спутнике, астероиде или на любом другом космическом теле, которое угораздит быть колонизированным.
В каком-то смысле под концепцию ISRU попадает использование солнечных панелей – все-таки энергия добывается, так скажем, из “местного вида топлива”, которым выступает солнечный свет.
Но помимо энергии, для создания колонии критически важна вода, которая по сути есть жизнь. Но еще это возможность получить кислород, необходимый для дыхания и выступающий окислителем ракетного топлива, и водород. Помимо этого, для строительства инфраструктуры и создания производства можно будет использовать реголит. К примеру на Луне он содержит до 45% кислорода, а также алюминий, кремний, железо, кальций и т. д. – вне всякого сомнения полезные вещи, которые однозначно пригодятся для колонистов.
Перспективы, в принципе, заманчивые, но на данный момент пока все скромно. На Земле тестируются прототипы добывающих машин, создаются условия, близкие к марсианским или лунным и планируются ближайшие экспедиции. Но помимо планов, кое-чем уже можно похвастаться.
В одной из предыдущих статей я рассказывал об установке MOXIE, которую на своем борту несет марсоход «Настойчивость». Этот небольшой прибор приступил к работе в апреле этого года и успешно сгенерировал 5 г кислорода прямо из атмосферы Марса. Это скромный, но показательный результат – добывать ресурсы на других планетах и спутниках можно, а полученные экспериментальные данные будут использовать для создания полноценных установок, которые смогут генерировать кислород не только для дыхания, но и в качестве окислителя ракетного топлива.
Но вернемся от Марса к Луне. Здесь основной источник ресурсов – реголит и водяной лед, находящийся под ним. Ближайшие кандидаты, которые, возможно, смогут продемонстрировать добычу кислорода и воды – израильский стартап Helios и компания Masten Space Systems. По крайней мере первый заключил контракт с японской компанией Ispace на полет к Луне в 2023 году, а вторая – один из претендентов на победу в конкурсе NASA по концепции добычи ледяного льда на Луне. И о каждом проекте чуть поподробнее.
Rocket M от Masten
В ноябре 2020 года НАСА объявило о запуске инициативы-конкурса Break the Ice Lunar Challenge. Его основная цель – создание новых технологий по добыче водяного льда из-под реголита для обеспечения полноценного присутствия человека на Луне. В августе этого года будет объявлен победитель первого этапа.
Многие ставят на Masten Space Systems и их луноход-харвестер Rocket M. Он представляет собой аппарат массой 1 118 кг, может двигаться со скоростью до 3,5 км/ч по пересеченной местности с уклоном в 20%. Спуск на Луну будет осуществляться на платформе, которая также разработана в Masten, и будет выступать техническим постом для обслуживания лунохода.
Принцип работы основан на кратковременных импульсах до 0,5с ракетного двигателя тягой 50 кг, установленного на луноходе. По прибытию в нужную точку, аппарат раскроет металлический герметичный купол, в центре которого будет расположено сопло двигателя. Реактивный факел будет измельчать породу и испарять находящийся в ней лед. Система добычи Rocket M будет улавливать все это, пропуская через фильтры, сепараторы и циклоны, после чего очищенную смесь нагревают для испарения воды, которая потом осядет в виде льда на специальных пластинах. Полученный в процессе очистки реголит также планируют в дальнейшем использовать.
С помощью реактивной струи планируют пробурить отверстия глубиной до двух метров – по предварительным данным, основная часть льда залегает именно на такой глубине. Весь цикл, начиная с бурения, заканчивая очисткой займет до 10 минут. По расчетам специалистов компании, один кратер может дать до 100 кг льда, а сам Rocket M совершить до 12 циклов бурения в сутки. Если луноход будет работать без выходных, то сможет добыть порядка 400 т лунного льда за год, а если все это еще перемножить на заявленные пять лет работы, то цифры получатся внушительные.
Правда не весь добытый лед пойдет на нужды будущих колонистов, Rocket M оставит определенную часть для себя, чтобы использовать электролиз для получения водорода и кислорода – двигателю ведь нужно будет на чем-то работать. Разработчики также планируют измельчать отработанный реголит и использовать его в дальнейшем для строительных целей.
Пока что были проведены тестовые испытания с грунтом на Земле, состав которого постарались сделать аналогичным лунному. Эксперименты показали, что концепция, по крайней мере, в земных условиях работает.
Разработка Masten Space Systems выглядит красиво и универсально – такой объем добычи, при том, что система в принципе автоматизирована, сама обеспечивает себя топливом и может производить потенциальный строительный материал. Но на деле может оказаться не все так гладко. Как всегда, для проверки нужно лишь немного подождать – точной даты испытаний нет, но поскольку первый этап Break the Ice Lunar Challenge заканчивается меньше чем через месяц, ждать осталось недолго.
Израильский гелий на добычу лунного кислорода
Как уже упоминалось выше, лунный грунт может содержать до 45% кислорода, но это кислород, который входит в состав соединений с другими элементами реголита – кальцием, железом, алюминием и т. д.
Молодая израильская компания Helios предложила добычу кислорода из лунного грунта с помощью электролиза расплавов оксидов. Процесс аналогичен электролизу воды, единственный нюанс, который вытекает из самого названия – оксиды необходимо расплавить, прежде чем пропускать через них электрический ток. Для этого, как отмечают разработчики в Helios, понадобится температура порядка 1600 градусов по Цельсию.
Как отмечает директор Helios Джонатан Гейфман, именно высокая температура – основной фактор, к которому надо приспособиться и создать систему, которая сможет работать в таких условиях, причем продолжительное время. По его словам, компанией разработаны инновационные электроды, которые смогут работать в течение нескольких лет без замены и без проблем выдерживать высокую температуру. На эту разработку уже получен патент. В данный момент ведутся активные работы по масштабированию установки, которая позволит добывать кислород в промышленном объёме.
Помимо получения кислорода, способ позволит добывать и вещества, которые входили в состав оксидов и их также можно будет использовать.
Система прошла испытания в земных условиях, в качестве реголита использовался состав, идентичный тому, что был доставлен на Землю в рамках программы “Аполлон”. Поэтому создатели проекта уверены в успехе своего детища. Причем сама установка может быть универсальной и работать на любом космическом теле, где есть подходящий по составу материал.
К сожалению, пока что не удалось найти информацию, как конкретно она будет выглядеть, каким образом и где будет складироваться полученный кислород и т. д. Есть лишь пара фото с официального сайта, и видео, где компания делится своим видением о будущем космонавтики и использовании концепции ISRU, которое представлено выше.
Однако уже в следующем году, Helios планирует провести эксперимент на МКС в условиях микрогравитации. А буквально несколько дней назад – 19 июля, в посольстве Японии представители Израиля подписали предварительный контракт с компанией Ispace, которая обязуется доставить модуль на Луну при осуществлении миссий в 2023 и 2024 годах.
P. S. Оба проекта выглядят амбициозно и могут помочь еще на чуть-чуть приблизить момент появления человека в космосе в качестве колониста. Об успехах этих экспериментов можно будет судить уже совсем скоро, а пока остается только наблюдать за всей космической сферой, которая набирает и набирает обороты.
Дата-центр ITSOFT — размещение и аренда серверов и стоек в двух дата-центрах в Москве. За последние годы UPTIME 100%. Размещение GPU-ферм и ASIC-майнеров, аренда GPU-серверов, лицензии связи, SSL-сертификаты, администрирование серверов и поддержка сайтов.
