Наступного року весь світ буде відзначати грандіозну подію в історії нашої цивілізації. Пройшло 60 років з моменту, коли освоєння космічного простору стало реальністю. Здавалося, ще “вчора” Сергій Корольов двічі не зміг отримати Нобелівську премію через радянський режим секретності, а вже сьогодні Ілон Маск підкорює космос і є чи не найвідомішою людиною на планеті. Змінилися і буденні очікування від можливого опанування найближчих планет. Завдяки програмі SpaceX космічна логістика стає доступною для широких ринкових кіл. Для нас актуальним стає ресурсна складова міжпланетних програм, аніж контакти з іншими світами. І такий дослідницький прагматизм є цілком виправданим. Людство перетнуло червону лінію і ми вже живемо «в борг» у нашої планети. Розвиток технологій дозволяє нам не тільки планувати ефективне ресурсне користування, а й готуватися до нових космічних одиссей. Тільки тепер місце золотого руна займуть надра Місяця, Марсу, поясу астероїдів та супутників Юпітера.
Поринувши у вир повсякденних проблем, ми можемо пропустити важливі новини, коли провідні країни в надрокористуванні, зокрема США, КНР, Японія, Індія, Австралія чи РФ вже заявили про можливі строки відправлення нових місячних місій на супутник нашої планети, в тому числі неавтоматичних, з розбудовою майбутніх баз та промислових майданчиків. Так поки ще президент США Дональд Трамп вже робив заяви, що така місія може бути відправлена в 2024 році. Інші перелічені країни також мають готові та затверджені проекти власних місій. Навіть маленький Люксембург виступив в Європі провідником ідей нової колонізації Місяця з метою видобутку корисних копалин. Конкуренція підживлюється ще й через юридичну неврегульованість комерційної діяльності поза межами Землі. Перші спроби пера на ґрунті видобутку корисних копалин на Місяці реальні в найближчі 20 років. Сама ж промислово-видобувна космічна галузь в цілому отримає активний розвиток протягом найближчого півстоліття.
Водночас у видобутку корисних копалин на Місяці дуже багато аспектів і завдань, які часто вимагають винахідливості та нестандартного підходу. Майбутнім «космічним» гірникам, мабуть, доведеться освоїти всі тонкощі видобутку корисних копалин в надрах нашого супутника. Головне питання яке нас турбує – чи є сенс організувати видобуток мінералів, металів і інших копалин і які саме з них можуть активно розроблятися у вкрай нестандартних умовах.
В даному контексті вчені виділяють два типи копалин, які вони планують отримувати з місячних надр. Перший – копалини, які будуть задіяні локально, прямо на місцях видобутку. Другий – породи, які транспортуються на земну поверхню.
До першого типу можна віднести водні джерела та конструкційні складові. Водна маса за допомогою електролізу буде розкладатися на O і H22. Їх можна використовувати в якості джерел палива космічних апаратів та іншої важливої техніки. До другої категорії входять газові маси та рідкісні типи металів. Серед цих речовин одним з найважливіших вважається гелій-3. У перспективі він може стати важливим джерелом сировини в термоядерному синтезі. Схема оцінки рентабельності таких родовищ включає всі звичні складові аналогічних операцій на Землі, лише логістика буде мати в прямому сенсі космічні ціни.
Безумовно, доставка сотень тонн робочого палива з Землі до Місяця буде досить дорогим і складним заходом. Саме тому вчені думають над тим, який вид палива можна добувати і застосовувати локально. Таким чином, неясно, чи стане захід з видобутку корисних копалин другої категорії рентабельним в цілому.
Окремі дослідження демонструють, що розробка платино-металевих руд здатна покрити такі збитки. Сьогодні окремі вельми великі підприємства приватного типу планують місячну розвідку, а також розробку мінеральних і металевих руд на астероїдах в доступному для огляду майбутньому. Разом з тим активно обговорюються і розробляються плани з освоєння і видобутку мінералів і залізних руд на земному супутнику.
Одна з великих організацій, яка планує освоїти мінеральні багатства Місяця – Planetary Resources. Її засновник раніше мав справу з космічним туризмом і був главою компанії Space Adventures. В якості спів -засновників першої компанії з видобутку корисних копалин поза земних умов стали Л. Пейдж І Дж. Кемерон.
Сьогодні організація вже запустила пару тестових супутникових телескопів на орбіту нашої планети. Їх основне завдання – технологічна демонстрація космічних розвідувальних технологій. Ще одне велике підприємство, що приймає активну участь в освоєнні добувної космічної галузі – DSI. Це приватна організація з США, яка заручилася урядовою підтримкою ще в 2013 році. Її керівники запевняють що, активний пошук і видобуток H2O, а також цінних металів стане можливою вже до 2023 року.
Stardust – одна з місій з доставки зразків ґрунтових позаземних речовин. Супутній її проект Хаябуса також не можна назвати масштабним, а тому для видобутку корисних копалин в більш чи менш серйозних промислових масштабах. Серед найбільш перспективних космічних проектів з видобутку корисних копалин можна виділити місії зонда NER-Shoemaker, який здійснив м’яку посадку на астероїд. Однак транспортування корисних копалин з космосу на Землю – далеко не єдина проблема, з якою зіткнуться майбутні космонавти-добувачі. Які ж ще нюанси існують? Погляньмо на них докладніше.
Які корисні копалини планують добувати в космосі?
Науці відомо, що Місяць має масу різноманітних копалин корисного типу, зокрема, тих металів, які є необхідними для промисловості. Серед таких наступні: алюміній; титан; залізо. Крім цього, у верхній частині місячного ґрунту, в первинного шарі, так званому реголіті, міститься велика кількість дуже рідкісного на Землі ізотопу гелію-3, який може успішно застосовуватися в сфері поліпшення якості палива і згодом застосовуватися для перспективних реакторів термоядерного типу. В тому числі, якщо вірити наукових джерел, на Місяці були знайдені рясні поклади водяного льоду, в свою чергу це може допомогти проблеми забезпечення не тільки перших колоністів, а й мешканців нашої метрополії.
Технологічні проблеми
Проблеми з великою вагою видобутої руди актуальні і для шахтарів, що працюють в земних умовах. Їм потрібні великі установки з потужним обладнанням і вибухівкою – все це дозволяє ефективно проводити гірничі роботи. Однак на Місяці ефективність такої техніки імовірно в 5-6 разів менше, ніж на Землі.
Бурове обладнання буде схильне до суттєвого осьового тиску, і в місячних умовах це закономірно призведе до підйому самої установки, ніж до буріння свердловини. Неефективними виявляється і класичні екскаватори, які в умовах низької місячної гравітації при заборі ґрунту будуть від’їжджати від місця забою внаслідок потужної напірної сили. Сучасні вчені вже знайшли досить просте рішення цієї проблеми. Доцільним стає використання анкерних кріплень. З їх допомогою гірничодобувне обладнання буде стаціонарним, фіксованим, а, отже, стійким до ефектів, описаним вище. З іншого боку, кріплення до місячного грунту (реголіту) – теж не найпростіше завдання, оскільки про його властивості на даних момент відомо небагато.
Також серед ускладнюючих факторів можна було б зазначити відсутність атмосфери на місяці, а отже й високу іонізацію ґрунту, через що вона має надзвичайно високий коефіцієнт тертя. Ця обставина буде зношувати техніку зі швидкістю вищою, ніж на Землі.
Локальне виробництво на Місяці
Будь-які корисні копалини другої категорії, які потребують транспортування, не потребують доставки на Землю в формі руд. Для економії палива доцільно забезпечити розбудову космічного видобувного комплексу окремою лінією концентрації здобутих ґрунтових порід і матеріалів.
Одним з найбільш перспективних робочих підходів у вирішенні цього питання вважається метод випаровування і очищення руди за допомогою «флеш металургії». Після рудного випаровування утворюється хмара плазми, що складається з іонізованих атомних частинок. Такі структури поділяються магнітними полями для вилучення конкретних, тільки необхідних речовин. Це досить енергоємний технічний процес, проте завдяки його застосуванню з’являється можливість отримувати максимально чисті метали. На користь цього методу можна віднести й вищезгадану технологічну проблему. Наявність кисню в атмосфері Землі ускладнює деякі металургійні процеси через протікання окиснення.
Корпорація DSI планує використовувати для видобутку ускладнений і більш досконалий варіант цієї методики. Її представники раніше заявляли про те, що випаровування металів буде використовуватися для деталей і комплектуючих, зібраних методом 3D-друку, безпосередньо на місці видобутку. Місячний також грунт багатий магнітними матеріалами. До їх числа можна віднести титанат заліза, а також ільменіт. Наявність таких дозволяє задіяти вже існуючі методи магнітної рудної сепарації
Добувна промисловість стоїть на передовій технологічного процесу та служіння Людству. Після ознайомлення з деякими «готовими під ключ» проектами освоєння Місяцю, праці Станіслава Лема чи Рея Бредберрі здаються скоріше футурологічними, ніж фантастичними.
Георгій Попов
