Місячні скарби: Зачем нам нужна Луна.

Один з членів екіпажу знаменитої місячної станції АПОЛЛОН береться довести, що ключем до майбутнього розвитку Землі послужать грандіозні запаси екологічно чистого ядерного пального, що чекають нас в надрах Місяця

Харрісон Шмітт, член екіпажу космічного корабля АПОЛЛОН-17, покинув Місяць 32 роки тому. З собою він привіз центнер місячного каміння і пристрасне бажання побачити, як людство продовжить дослідження космосу. Шмітт переконаний, що настав час американцям повернутися на Місяць. Чому саме тепер, він пояснює у статті, написаній спеціально для нашого журналу.

Місячні гірники

Горсточка землі, підібрана на гребені місячного кратера Камелот, зісковзнула з мого совка в тефлоновий пакет і разом з усією командою Аполлона-17 вирушила в дорогу на Землю. У той день, 13 грудня 1972 року я, мабуть, не уявляв, що зразок ґрунту 75501, а також зразки, доставлені Аполлоном-11 та іншими експедиціями, послужать вагомими аргументами для того, щоб у XXI столітті нам знадобилося знову повернутися на Місяць. Усвідомлення прийде пізніше, через тринадцять років, коли молоді інженери університету штату Вісконсін у зразках місячного ґрунту виявлять істотну кількість гелію-3. Ця дуже цікава речовина є ізотопом добре відомого газу - того самого, яким по святах наповнюють різнокольорові повітряні кульки.

Ще до місячних експедицій невеликі кількості гелію-3 вдалося виявити на Землі, і цей факт заінтригував наукове співтовариство. Гелій-3 зі своєю унікальною внутрішньоатомною будовою обіцяв фантастичні перспективи. Якщо використовувати його в реакції ядерного синтезу, того самого, який живить енергією наше Сонце, то можна було б отримати величезні кількості електроенергії, не загрузнувши при цьому в небезпечних радіоактивних відходах, які крім нашої волі виробляються в традиційних ядерних реакторах. Добувати гелій на Місяці, а потім відправляти на Землю - заняття не з легких, але тих, хто вплутається в цю авантюру, чекає карколомна нагорода. Гелій-3 міг би позбавити світ від наркотичної залежності, коли життя немислиме без викопного пального.

Протягом десятиліть, коли дослідження космосу за допомогою населених космічних апаратів звелися практично до нуля, розробка подібного проекту представлялася абсолютно нереальною. Звичайно, Америка та інші держави посилали час від часу космонавтів на навколоземні орбіти, проте в далекі космічні межі людство воліє тепер відправляти тільки роботів. Ситуація змінилася 14 січня 2004 року, коли президент Джордж Буш закликав NASA до «подальшого дослідження космосу і розширення людської присутності по всій нашій Сонячній системі».

Для чого повертатися

Протягом усієї історії людства пошук дорогоцінних ресурсів - спочатку їжі, потім мінералів і, нарешті, енергії - штовхав на дослідження і освоєння все більш і більш віддалених куточків планети. Вважаю, що гелій-3 стане тим ресурсом, який зробить освоєння Місяця бажаним, а отже, і можливим.

Хоча на Землі і існує гелій-3 в тих кількостях, які дозволяють досліджувати його фізичні властивості, ні про які комерційно значущі запаси цієї речовини говорити не доводиться. Якби такі були, ми б, напевно, вже давно навчилися отримувати з їх допомогою електрику. Чим далі ми просуваємося у створенні термоядерних реакторів, тим гостріше усвідомлюємо привабливість реактора на базі гелію-3.

Дослідники перепробували кілька способів приборкання грандіозних енергій водневого синтезу, намагаючись отримати мирну електрику. Каменем спотикання виявилися труднощі досягнення температур, необхідних для підтримки реакції. При цих температурах - таких, як на поверхні Сонця - плавляться всі відомі нам матеріали. Тому реакцію можна підтримувати, тільки обмежуючи зону процесу магнітним полем, тобто створивши своєрідний електромагнітний термос.

На перших порах вчені вважали, що синтезу можна досягти, використовуючи дейтерій, ізотоп водню, виявлений у морській воді. Незабаром з'ясувалося, що вимоги до температури і тиску для підтримки цього процесу протягом хоча б декількох днів не пов'язуються з можливостями технології магнітного обмеження зони реакції. Якщо тритій замінити на гелій-3, замість магнітів можна використовувати електростатичну огорожу, і взагалі конструкція реактора стає набагато простішою, а обсяги високорадіоактивних відходів

помітно скорочуються. Цей поворот думки вперше дозволив подивитися на термоядерний синтез як на прикладну енергетичну задачу.

Втім, гелій-3 не використовується в енергетиці не через нестачу інженерних талантів, а просто тому, що на Землі фатально не вистачає самого ізотопу. Величезні кількості гелію зароджуються на Сонці, причому малу його частку становить гелій-3, а решта - гелій-4, який набагато більш часто зустрічається. Поки ці атоми рухаються до Землі у складі «сонячного вітру», обидва ізотопи зазнають змін. Такий дорогоцінний для нас ізотоп ніколи не досягає Землі, оскільки його відкидає геть земне магнітне поле. На щастя, на Місяці магнітного поля немає, так що тут він накопичується в поверхневому шарі ґрунту, а в результаті постійного метеоритного дощу перемішується з пиловими опадами і скельними осколками, де і чекає нас багато тисячоліть.

Програма видобутку гелію-3 з поверхні Місяця не тільки надає вагомі аргументи на користь будівництва на Місяці людських поселень - вона може принести грандіозні результати і у нас, на Землі.

Гірничодобувна промисловість в умовах Місяця

Аналіз зразків, зібраних в 1969 році Нілом Армстронгом в ході першої місячної експедиції, показав, що концентрація гелію-3 в місячному грунті не опускається нижче 13 частин на мільярд. У непотревожених ґрунтах ця концентрація може досягати величин 20 ‑ 30 частин на мільярд. Здавалося б, такі концентрації занадто малі, щоб приймати їх всерйоз, однак якщо подивитися на закладену в проекті ціну $1400 за грам гелію-3, легко підрахувати, що центнер гелію-3 потягне на дуже пристойну суму в $140 мільйонів.

Оскільки концентрація гелію-3 досить низька, для збагачення доведеться переробляти значні кількості ґрунту і скельної породи. Якщо з місячної поверхні площею приблизно два квадратних кілометри здерти шар ґрунту товщиною три метри, ми отримаємо близько центнера гелію-3. Такої кількості вистачить, щоб протягом року живити електрикою Даллас або Детройт.

За земними мірками витрати на процес гірничодобутку виявляються не надто високими. Майже всю роботу можуть виконувати автоматизовані комбайни. Виділення чистого ізотопу теж не представляє-ся занадто складним. Нагрів разом з перемішуванням легко вивільнить гази, адсорбовані в ґрунті. Якщо після цього пари охолоджувати до абсолютного нуля, з суміші будуть послідовно випадати всі присутні в ній гази. На останньому етапі спеціальні мембрани допоможуть відокремити гелій-3 від простого гелію.