«Некоторые страны уже начали конкурировать»: российский геохимик — о разведке и добыче ископаемых на Луне

— Недавно российский учёный первым в мире разработал буровзрывную технологию ведения горных работ в условиях Луны и Марса. Основная идея этой технологии — использование природных полостей и пещер на поверхности небесных тел, а также тротиловых шашек в специальной оболочке. Пока что на Луне удалось пробурить скважину глубиной только в 2 м. Евгений Николаевич, какие проблемы могут возникнуть при попытке добраться до недр Луны? И в чём, на ваш взгляд, заключается основная сложность бурения в таких условиях?

— Луна — это такой же геологический объект, как Земля, Марс и другие планеты. И поэтому, прежде чем бурить, нужно ответить на вопрос: зачем, где бурить и на какую глубину. Вся поверхность Луны покрыта рыхлым слоем реголита, который образовался в результате метеоритной бомбардировки её поверхности. На Луне мы можем увидеть так называемые моря — тёмные пятна, заполненные базальтами. Там средняя толщина реголита около 4—5 м, а в наиболее древних материковых высокогорных областях — 9—10 м. Поэтому глубины бурения до 15 м почти на всей поверхности Луны достаточно, чтобы получить стратифицированный керн реголита на всю его толщину до подстилающих пород.

Реголит имеет сложное слоистое строение, где каждый слой является выбросом из окрестного кратера — чем крупнее кратер, тем дальше летят выбросы во время его образования. Бурение Луны позволит учёным проследить не только всю её геохимическую историю с момента образования подстилающих реголит пород, но и выяснить, как изменялись состав солнечного ветра и активность Солнца на протяжении 4 млрд лет, поскольку газы солнечного ветра сохранились в частицах реголита от его самых древних слоёв до самых молодых. Буровые установки для работ на Луне разрабатываются и в России, и в других странах.

Бурить на Луне несложно: технология примерно такая же, как и на Земле. Самая глубокая скважина на спутнике нашей планеты была пробурена на глубину 3,2 м в экспедиции «Аполлон-17». Советская автоматическая станция «Луна-24» пробурила на глубину 2,18 м и доставила керн реголита на Землю. Основная сложность заключается в материалах и оборудовании, которое должно работать на Луне в вакууме и при температурах от +150 °С до -150 °С. Но эти проблемы давно решены — буровые установки и научные приборы работают и на Луне, и на Марсе, и даже в ещё более экстремальных условиях на Венере.

Также по теме

Космический гость: что говорят учёные о возможном внеземном происхождении следов жизни в метеорите Оргей

Мнения учёных о происхождении окаменелых бактерий и водорослей, обнаруженных в упавшем на Землю в XIX веке метеорите Оргей,...

Для того чтобы получить образцы лунных пород, залегающих на глубине десятков и сотен метров и даже километров, бурить на такую глубину не нужно. При образовании ударного кратера породы с глубины выбрасываются на поверхность, образуя так называемый вал. Породы, выброшенные с максимальной глубины, располагаются ближе к кратеру.

— Какие ещё исследования проводятся в области добычи полезных ископаемых в космосе? Как развивается эта сфера?

— Этим направлением сейчас активно занимаются учёные как в России, так и в других странах. В целом такие ресурсы можно разделить на две категории. Первая — это ископаемые, которые либо отсутствуют на Земле, либо их объёмы ограничены. Такие соединения можно доставлять с других планет на Землю. Вторая — это ресурсы, которые будут необходимы космонавтам во время колонизации других планет. Именно они представляют наибольший интерес.

На начальном этапе освоения других планет для жизнеобеспечения колониста прежде всего понадобятся вода и разные газы. По расчётам учёных, на человека будет уходить около 800 кг ресурсов в год. И ещё около 200—300 т кислорода и водорода уйдёт на ракетное топливо, чтобы обеспечить им старты с Луны и транспортный мост с Землёй. Доставка таких грузов с нашей планеты будет обходиться слишком дорого. Поэтому выходом может стать использование добытых на месте ресурсов. Тем более если говорить о Луне, то на ней есть все необходимые потенциальным колонистам ископаемые.

• Gettyimages.ru
• © Stocktrek

Разработка технологий их добычи и хранения на поверхности Луны — это главная задача, которую предстоит решить учёным. Однако эти усилия окупятся в первые годы колонизации Луны. Такие исследования уже ведутся, в том числе в нашем институте.

Только если человечество получит эти технологии, мы сможем начать освоение дальнего космоса. Можно сказать, что Луна — первая ступень к этому.

— В 1970-е годы в образцах лунного реголита учёные обнаружили изотоп гелий-3, почти не встречающийся на Земле. Ряд учёных не исключают, что этот газ может стать топливом для термоядерной энергетики будущего. На ваш взгляд, так ли это?

— Исследование образцов лунного грунта с изотопами солнечного гелия позволило учёным проверить гипотезу протон-протонного цикла ядерного синтеза в недрах нашей звезды. Протон-протонный цикл — это совокупность термоядерных реакций, в ходе которых водород превращается в гелий в звёздах. Что же касается применения гелия-3 в термоядерной энергетике будущего, то такие идеи возникли ещё в 1980-х годах. Гелий-3 может использоваться в качестве топлива для термоядерных реакторов, причём в ходе такой реакции, в отличие от других видов топлива, не выделяются радиоактивные отходы. На Земле гелия-3 практически нет, а на Луне запасы значительны. Гелий накопился в реголите благодаря воздействию солнечного ветра. Причём в некоторых минералах, содержащихся в реголите, его намного больше, чем в других. Поэтому на Луне есть участки с высокой концентрацией гелия-3, которые представляют промышленный интерес, — например, в Океане Бурь и в Море Спокойствия.

• Термоядерная установка
• Gettyimages.ru
• © Jean-Marie HOSATTE

— Какие ещё полезные ископаемые можно найти на Луне и других планетах?

— Можно сказать, что в лунном реголите есть все полезные ресурсы. Например, там заключены существенные запасы воды, которую принесли с собой метеориты и кометы, бомбардировавшие поверхность Луны. В её полярных областях имеются месторождения водяного льда — там в одной тонне лунного грунта содержится примерно 50 кг воды, и это высокий показатель.

К слову, на Марсе тоже есть вода. Когда эта планета теряла атмосферу, её поверхность охлаждалась, и в результате вода в марсианском грунте сохранилась в виде льда. На Земле такие районы называются вечной мерзлотой.

Также по теме

«Главная задача — поиск и отслеживание»: российский учёный — о способах противодействия астероидной угрозе

Науке пока неизвестны астероиды, которые могут всерьёз угрожать Земле в обозримом будущем. Однако это не значит, что таких объектов...

Воду и летучие компоненты можно будет использовать для жизнеобеспечения лунных баз, создания на месте ракетного топлива и заправки космических аппаратов для исследования дальнего космоса. Это актуальное направление, которым занимаются учёные во всём мире.

Немало на Луне и разных металлов. Например, есть титан, в экваториальной области в морских базальтах концентрация ильменита (рудного минерала титана) может достигать 20%. Однако, в отличие от летучих компонентов, которые можно будет использовать непосредственно на поверхности Луны, с металлом всё сложнее, его добыча и применение на месте — это вопрос отдалённого будущего.

Использование ресурсов с астероидов также определяется теми задачами, которые будут поставлены во время колонизации Луны и дальнего космоса. Пока что доставка ресурсов с астероидов и других планет на Землю экономически нецелесообразна — прежде всего потому, что на нашей планете ещё есть большие запасы ископаемых.

Особенно дорого обходятся пилотируемые космические экспедиции — примерно в десятки раз дороже автоматических. Поэтому все страны сконцентрировались на создании роботизированных комплексов.

— Чем будет отличаться добыча ископаемых в космосе? Есть ли сейчас оборудование, которое может работать в таких условиях в промышленном режиме?

— Оборудование в данном случае требуется разное — в зависимости от того, в какой форме на других планетах находятся ископаемые.

Также по теме

«Объяснение дихотомии»: учёные получили новые данные о структуре марсианской коры

Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха получили новые данные о марсианской коре. Новые сведения ставят под...

Все перспективные лунные ресурсы либо сконцентрированы в рыхлом слое реголита (например, летучие компоненты), либо уже находятся в реголите в обогащённом, то есть фактически готовом для их дальнейшего обогащения и выделения состоянии (например, рудные минералы). Наиболее ценными лунными ресурсами на современном этапе освоения Луны, потребность в которых будет только возрастать, являются вода, водород, кислород и другие газы и их изотопы.

— Несколько лет назад конгресс США одобрил законопроект, регулирующий добычу полезных ископаемых на Луне, астероидах и других небесных телах. В частности, было разрешено коммерческим предприятиям осуществлять транспортировку, использование и продажу таких ископаемых. Не противоречит ли это Договору о космосе 1967 года, по которому космос провозглашался зоной, свободной от частной собственности?

— Договор о космосе является лишь конвенцией. Поэтому сейчас действительно есть необходимость выработать обязывающее законодательство.

В принципе, у человечества уже есть похожий опыт — во время Великих географических открытий тоже нужно было решать вопрос о принадлежности новых земель и ресурсов.

• Титановая руда
• Gettyimages.ru
• © Monty Rakusen

Что касается закона, принятого в США, то тут нужно отметить, что речь идёт о праве на добытые полезные ископаемые, а не на участки планет, где они могут добываться.

Также по теме

«Должна продолжаться геотермальная активность»: учёные нашли доказательства наличия жидкой воды на Марсе

Международная группа учёных доказала наличие жидкой воды под ледяным щитом, покрывающим южный полюс Марса. Сделать такие выводы...

Однако некоторые страны уже начали конкурировать в стремлении застолбить за собой самые выгодные участки Луны. Дело в том, что там мало территорий, которые располагают богатыми запасами ресурсов и одновременно являются хорошими посадочными площадками, освещёнными Солнцем. В таких районах можно организовать добычу и производство редких ресурсов, что может навсегда обеспечить стратегическое преимущество в освоении Луны и дальнего космоса.

Не зря сейчас идёт соревнование между американской космической программой «Артемида» и китайской пилотируемой программой. Их цель в том, чтобы занять лучшие места на Луне, расположив там для начала автоматические научные станции.

В рамках наших исследований мы тоже изучили несколько таких площадок на Южном полюсе Луны. На некоторых из них освещённость достигает 80%, то есть ночь занимает только 20% лунных суток. Это позволит практически неограниченно генерировать солнечную энергию для нужд лунной миссии.

— Когда истощатся запасы земных ресурсов и возникнет необходимость добывать все полезные ископаемые из космоса?

— Если это и произойдёт, то очень нескоро: не в этом и даже не в следующем столетии. Сейчас активно разрабатываются технологии для повторного использования отходов, металлолома и т. д.

Мы пока далеки от исчерпания земных запасов полезных ископаемых. Есть ещё много неразведанных ресурсов или же таких месторождений, которые пока просто нерентабельно разрабатывать.

Так что вряд ли в обозримом будущем возникнет острая необходимость в доставке на Землю космических ископаемых.