П о един или друг начин, хората се завръщат на Луната. И този път те остават – както Съединените щати, така и Китай планират да построят свои собствени лунни бази на южния полюс на Луната. Това място не е случайно; смята се, че съдържа запаси от ценна вода, било то под формата на лед, заровена вода или и двете. Тези запаси биха могли да се използват за хидратиране на астронавти, отглеждане на култури и производство на ракетно гориво.
Последното приложение може да звучи изненадващо, но химията е доста основна. Водата е съставена от водород и кислород. Когато се втечни, и двата елемента могат да се възпламенят и да се използват за много ефективно задвижване на космически кораби.
Ако тази алхимия проработи на Луната, това би превърнало южния полюс на Луната в нещо повече от просто научноизследователски пункт. Той би се превърнал в склад за гориво, който би могъл да произвежда собствено гориво, вместо то да бъде скъпо изпращано от Земята. А това би улеснило значително достигането до Марс.
„Ползите от изобилното гориво, произведено на лунната повърхност, са огромни“, казва Джордж Соуърс, машинен инженер в Минното училище в Колорадо. „Водата е горивото на Космоса“.
Нито една от технологиите, необходими за превръщането на водата в гориво, не е част от научната фантастика; всичко това вече съществува в една или друга форма, но е било използвано правилно само на Земята. Ниската гравитация и екстремният характер на южния полюс на Луната са доста различни условия от нашата собствена планета. „Нямаме представа дали ще работи при тези условия“, казва Пол Цабел, изследовател в Института за космически системи DLR в Бремен, Германия. И има само един начин да разберем.
Гадаене за водата на Луната
Първата стъпка ще бъде да се разбере къде се крие водата на Луната. Астронавтите все още не са изследвали самите лунни южни полюси - и въпреки че доказателства от орбитални сонди както на НАСА, така и на индийската космическа агенция са установили, че той съдържа вода, е възможно тя да не е в изобилие.
Когато е засегната от слънчева светлина, лунната повърхност може да достигне 120°C, докато в тъмнина може да се спусне до -265°C. Дори в особено студени части на Луната, всеки лед се изпарява и излиза в Космоса, тъй като няма атмосфера, която да го задържи на повърхността.
Някои от най-обещаващите места са известни като постоянно засенчени региони, части от лунната повърхност – често стръмни, дълбоки кратери – които никога не са изложени на слънчева светлина и са едни от най-студените места във Вселената. Тези райони „са най-добрият шанс за намиране на големи количества вода, които действително могат да бъдат използвани за ресурси“, казва Джули Стопар , старши учен в Лунния и планетарен институт.
Но в тези потънали в мрак пропасти не очаквайте да намерите ледници. „Водата всъщност не е там като ледена пързалка. Тя е смесена с почвата“, казва Стопар. „Има някои доказателства за повърхностна слана, но това няма да е огромен обем.“
Дори ако тези кратери на вечна тъмнина са пълни с вода, те биха били изключително несигурни места за изследване от астронавтите, дори с високотехнологични лунни ровери, превозващи тяхното научно и минно оборудване по време на пътуването. „Спорно е дали изобщо можем да отидем там с роувър“, казва Забел.
Готвене на лунни камъни
Ако обаче водата в лунната почва е достъпна и достатъчно изобилна, тогава тя може да бъде извлечена. Инженерите са предложили множество начини за постигане на това – повечето от които включват нагряване на скалата, за да се изхвърли водата, задържана в нея.
„Ако има достатъчно лед близо до повърхността, тогава топлината може да се приложи директно към повърхността и парата да се улови под купол, наречен улавяща палатка“, казва Соуърс. След това парата се събира в хладен контейнер, наречен студен капан, където се превръща в използваем лед.
Въпреки че е едно от най-студените места в Космоса, повърхността на Луната може един ден да има множество източници на топлина. Отразената слънчева светлина е един от вариантите. Като алтернатива, както САЩ, така и Китай планират да разположат ядрени реактори на Луната, за да не разчитат на слънчева енергия – която може да е донякъде непостоянна на южния полюс на Луната – за поддържане на своите бази. Реакциите на делене, които биха разделили атомите, за да захранват тези инсталации, също произвеждат излишна топлина, която може да се използва за добив на вода.
През последните години космическите агенции и индустриалните партньори измислиха различни начини за използване на топлината за извличане на лунен лед. Едно от предложенията би използвало ракетен двигател, затворен под купол под налягане, за да издълбае по-дълбоки кратери и да извлече повече вода, отколкото други методи биха позволили. Въпреки че се фокусира повече върху Марс, НАСА има и своя собствена концепция за „прах-тяга“, при която автономни роботи биха изкопавали извънземна почва, транспортирали я до преработвателно съоръжение и я нагрявали с пещи, за да отстранят водата.
Една от най-обещаващите технологии за извличане на вода е разработена благодарение на проект на Европейската космическа агенция, наречен LUWEX (съкращение от Lunar Water Extraction - Извличане на лунна вода) - и вече съществува работещ прототип. Или автономни минни роботи, или астронавти биха изсипвали ледена почва в устата на устройството. Забел, ръководителят на проекта LUWEX, обяснява, че нагряването на замръзнали лунни скали е доста трудно поради липсата на атмосфера на Луната и вече плашещо ниските температури на повърхността. Ето защо тигелът на LUWEX разбърква и върти лунната почва, което я затопля по-ефективно и премахва леда.
Оттам, студен капан улавя освободената вода и я прехвърля във втечнител, готова за употреба. Е, почти готова: На този етап водата все още е замърсена от изключително фини, стъкловидни частици лунен прах. „Тя има млечен вид - като сиво мляко“, казва Забел. За щастие, инженерите, работещи по проекта, са проектирали и пречиствател, който изглежда прави чудеса. „Постигнахме качеството на питейната вода.“
Превръщане на вода в запалими газове
Накрая водата трябва да бъде разделена на водород и кислород чрез процес, известен като електролиза , при който електрическите токове по същество разкъсват молекулярните връзки между тези два елемента.
Има множество версии на този процес, които работят на Земята. В Космоса е имало по-малко демонстрации на тази технология, но няколко лаборатории са я тествали в свръхстуден вакуум – симулация на лунната повърхност. А експериментът MOXIE на марсохода Perseverance на НАСА показа, че на Марс може да се използва електролиза за отделяне на дишаем кислород от токсичния въглероден диоксид.
Но дори питейната вода не е достатъчно добра, за да бъде електрически разделена на водород и кислород; в нея все още има твърде много химически примеси, за да се произведе чисто гориво. За LUWEX „ще трябва да добавим още една стъпка на полиране“, казва Забел. Той отбелязва, че изключително ефективните технологии за пречистване на водата са широко разпространени на Земята. „Тя просто трябва да се трансформира в технология за Космоса.“
След това, когато имате кристално чиста вода, можете да извлечете водород и кислород от нея чрез обработка със земпер. „Накрая газовете се втечняват и съхраняват като течен водород и течен кислород“, казва Соуърс.
Забел се надява, че след няколко години LUWEX ще намери пътя си към южния полюс на Луната. „Би било хубаво да произведем един литър вода на Луната като технологична демонстрация“, казва той.
Евтиният бензин може да е движещата сила на следващата космическа надпревара
Все още сме далеч от това да имаме това, което на практика са бензиностанции на южния полюс на Луната. Но ако космическата надпревара между Китай и САЩ наистина се разгорещи, както се очаква, тогава бързото технологично развитие няма да изостава.
„Има много страхотни инженерни решения и много страхотни идеи“, казва Стопар. „Някой трябва да направи първата стъпка.“
Когато бъдат създадени първите лунни бази и астронавтите прекарват там повече от няколко дни или седмици, по-голямата част от необходимото им за оцеляване ще бъде доставено от Земята. Но с течение на времето тези бази ще трябва да станат самоподдържащи се – защото изстрелването на каквото и да е от Земята струва огромни суми пари, поради силното гравитационно привличане на нашата планета и необходимостта от използване на огромни количества ракетно гориво, за да се избегнат неговите последици.
Но Луната има ниска гравитация и няма атмосфера, през която да се пробие. Така че изстрелването на ракети оттам е по-лесно – и по-евтино – отколкото изхвърлянето на каквото и да е от Земята.
Защо да не използваме южния полюс на Луната като отправна точка за бъдещи изследвания на Слънчевата система? До голяма степен, защото това би изисквало значително по-малко гориво като цяло, „цената на една единствена мисия с човек на Марс може да бъде намалена с 12 милиарда долара, използвайки лунно гориво“, казва Соуърс.
Няма да са само ракети, които ще използват това гориво, генерирано с водна струя. „Можете да ги поставите в горивни клетки, за да захранвате марсоходи“, казва Забел. Можете да ги използвате за поддържане на много по-енергоемки машини, които не могат да бъдат надеждно захранвани от слънчеви клетки или безопасно захранвани от ядрени реактори.
И това, което ще работи на Луната, вероятно ще работи и другаде. Превръщането на лунната повърхност в самоподдържаща се среда ще бъде полезно. Но за да останат астронавтите на Червената планета, този вид система ще бъде от съществено значение. „Цялата архитектура на програмата „Луна-Марс“ разчита на това част от това да бъде демонстрирано на лунната повърхност“, казва Стопар.
Но дори и да стане възможно масово производство на питейна вода и съответно ракетно гориво на Луната, това оставя един доста неудобен проблем без ясно решение. „Ресурсите не са безкрайни“, казва Забел. Лесно е да си представим ситуация, в която Китай и САЩ се надпреварват да намерят и добият тази безценна вода преди другите, в един и същ тесен ъгъл на Луната.
„В някакъв момент може да възникне конфликт“, казва Забел.
