Лунный металл

Зачем летать на Луну? Это тот еще вопрос.

Помимо втыкания флагов и топтания лунной пыли (что, даже с учетом споров по поводу реальности американских лунных полетов, сейчас интересует весьма мало), встают вопросы чисто экономического порядка. Собственно, а что такого нам может Луна дать?

Многим, может быть, памятна эпопея планов добычи изотопа гелий-3 на Луне. Об этом много писали, как о некоем возможном почти неисчерпаемом источнике энергии. Однако прошло время и тема заглохла, поскольку стало очевидно, что этот проект был изначально сугубо бумажным. Даже если и есть техническая возможность добыть этот самый гелий-3, то вот нет той "печки", в которой можно его жечь как топливо. Да, энергетического термоядерного реактора так и не построили, да и неизвестно когда построят.

На мой взгляд, тема экономического освоения Луны на этом не должна и не может закончиться. Там есть что взять, и первоначальным прикидкам того, как это сделать, посвящена эта статья.

Вначале отмечу, что рассуждение на подобную тему представляет собой один из разделов столь нелюбимой сегодня плановой экономики. Я много лет потратил на ее изучение в различных вариантах (не только советской, но и ряда других плановых систем, возникавших в ХХ веке), и потому отношусь к немногочисленному числу людей, которые ее знают и понимают достаточно хорошо. Плановая экономика - не только и не сколько составление планов производства и распределения различной продукции, но также и методика создания новых технико-экономических систем, которые позволяют получать новую продукцию в значительных масштабах. Это довольно сложная наука, стоящая на стыке нескольких дисциплин, но при этом чрезвычайно интересная и захватывающая.

Космическая промышленность (в том числе, конечно, и лунная) - это сегодня Эверест в этом разделе плановой экономики. Производство в космосе будет вестись в условиях, резко и во всем отличных от земных условий, с необычным сочетанием производственных факторов и с применением необычного сырья. Особая трудность состоит в учете именно необычных условий: вакуума, сверхнизких температур, невесомости, в которых материалы ведут себя совершенно иным образом. К примеру, железо при нагреве на Земле плавится, а в космосе - возгоняется, то есть переходит из твердого состояния сразу в газообразное.

Вторая трудность состоит в том, что для новых технологий в земных условиях можно сколько угодно экспериментировать, тогда как возможность экспериментирования в условиях космоса и невесомости сейчас крайне ограничена.Кое-какие эксперименты ставились, но полученная информация крайне скупа и, видимо, не охватывает всего спектра доступных приемов обработки материалов и получения из них какой-либо полезной продукции. То же самое касается и космического сырья. У нас есть довольно детальные сведения о составе лунного реголита, кое-какие сведения о составе астероидов. Но и этих данных маловато, чтобы запланировать космическую технико-экономическую систему, и в таком проекте будет больше предположений, чем твердо установленных фактов.

Однако, я считаю, что и на этом уровне уже можно построить некоторый предварительный план лунного производства. Начну я с металлов, поскольку о содержании металлов в лунном реголите сейчас известно больше всего.

Недавними минералогическими исследованиями лунного грунта было установлено, что в нем есть довольное большое содержание мелкодисперсных частиц самородных металлов, таких как железо, алюминий, олово, цинк, золото, молибден, вольфрам, а также самородных сплавов меди и цинка, железа, хрома и никеля и некоторых других. Поскольку многие металлы при нагревании в вакууме возгоняются, то их можно извлечь в газообразной форме из реголита путем нагревания лунного грунта. В первую очередь это относится к алюминию (возгонка в вакууме при 400 градусах) и железу (при 800 градусах). В отношении других металлов - сказать трудно, поскольку вакуумная металлургия вообще является очень своеобразной областью, и тут, возможно, потребуются некоторые исследования и эксперименты.

Можно предложить следующий метод извлечения по крайней мере железа и алюминия из лунного грунта. Самоходный автоматический аппарат, похожий на "Луноход", осуществляет нагрев лунного грунта, перед этим немного ее разрыхляя, забирает полученный газ, разделяет его на магнитном спектрометре, а затем конденсирует нужные металлы, получая слиток. Похожий метод раньше предлагал проф. Г.И. Покровский для переработки астероидов. Но он предлагал испарять породу лазером, тогда как я думаю, что для целей нагрева лучше подойдет гелиоконцентратор, который и на Земле выдает достаточную мощность, чтобы достичь температур до 3600 градусов.

Лунный добыватель - аппарат не только самоходный, но и являющийся взлетно-посадочным модулем, работающим в паре с лунной орбитальной станцией. Когда аппарат добыл достаточно металла, он взлетает, стыкуется с орбитальной станцией, передает на него добытый металл, дозаправляется и снова спускается на поверхность Луны.

Слитки можно сразу отправить на Землю, доставив их сначала на околоземную орбитальную станцию, а затем спустив их в спускаемом аппарате. Но этот способ не слишком привлекательный. Лучше всего воспользоваться преимуществами вакуума и невесомости, чтобы сделать материал, который нельзя или очень трудно произвести на Земле. Во-первых, это высокочистые материалы, поскольку переплавка в вакууме - один из наиболее продвинутых методов очистки металлов от примесей. Во-вторых, пенометаллы. Сейчас уже производится пеноалюминий, используемый в машиностроении; он прочнее и существенно легче любых алюминиевых сплавов. Однако, насытить расплав металла газом для получения пены в земных условиях трудно. Приходится идти на разные ухищрения, в силу чего пенометалл получается дорогой и не слишком качественных. В невесомости же можно насытить расплав алюминия газом совершенно равномерно и получить высококачественный пеноалюминий, в том числе и высокопористый. Это ценный материал. К примеру, самолет из пеноалюминия будет примерно на 20% легче, чем самолет из алюминиевых сплавов. У него есть еще целый ряд полезных свойств, например, его можно использовать в теплообменниках и охладителях.

Есть еще композитные пенометаллы, например, мелкие стальные шарики в алюминиевой матрице. Такой материал втрое прочнее, чем броневая сталь. Тесты показали, что лист композитного сталь-алюминиевого пенометалла толщиной в 25 мм неуязвим для бронебойной винтовочной пули, но при этом значительно легче стального листа. В условиях невесомости производить такой материал гораздо проще и легче, чем на Земле.

Экономическое значение лунного металла, при всех затратах на строительство необходимой техники, запуск и обслуживание специализированных околоземных, окололунных орбитальных станций, а также лунных аппаратов, таково:

Во-первых, значительное расширение сырьевой базы. Площадь Луны - 38 млн. кв.км., и объем реголита при глубине 10 см, составляет порядка 3800 куб.км. Это объем сырья, доступный для переработки самыми простыми аппаратами, без применения более продвинутых методов, например, дробления или испарения основных лунных горных пород. Для сравнения, извлечение горных пород при добыче полезных ископаемых на Земле превысило 100 млрд. тонн, что дает 26,3 куб. км по объему.

Во-вторых, энергоемкое получение и переработка металлов без расходования ископаемого топлива или электроэнергии, получаемой из ископаемого топлива. В космосе источник энергии - излучение Солнца. Тем самым металл с Луны экономит нам топливо, расходуемый на его сжигание кислород, а также отчасти избавляет нас от вредных выбросов в атмосферу. Если перенести строительство самих добывающих аппаратов  в космос, то в будущем такая космическая промышленность будет давать на Землю чистый приток металлов и металлопродукции, почти без расходования земных ресурсов на их производство.

Это будет уже совсем другая экономика.

Материал недели
Главные темы
Рейтинги
АПН в соцсетях
  • Вконтакте
  • Facebook
  • Twitter