Вызов для поселений на Луне – крупным колониям может не хватить воды

Будущие города на Луне могут столкнуться не столько с нехваткой энергии, сколько с дефицитом воды. К такому выводу пришли астрофизики Мартин Элвис из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики и Джонатан Макдауэлл из Гарварда и Даремского университета. Их исследование опубликовано в журнале Frontiers in Space Technologies, сообщает naked-science.ru.

Ученые рассмотрели сценарии создания лунных поселений численностью от 100 000 до 1 миллиона человек. Они пришли к выводу, что даже чрезвычайно щедрая оценка в 1 млрд тонн воды не гарантирует долгосрочного существования города-миллионника.

Запасы воды на Луне

Главная особенность Луны заключается в том, что вода там действительно существует, причем часть запасов миллиарды лет могла сохраняться в практически неизменном состоянии. В районах вечной тени возле полюсов солнечный свет не появляется примерно 4 млрд лет. В так называемых холодных ловушках температура может оставаться ниже 110 кельвинов, то есть примерно минус 163 градуса Цельсия. При таких условиях лед испаряется крайне медленно: по оценкам авторов исследования, потери могут составлять не более миллиметра за миллиард лет.

Читайте по теме: NASA и IBM приблизились к разгадке: новая ИИ-модель на 20% лучше ищет водяной лёд на Луне

Наличие лунного льда подтверждено несколькими космическими миссиями. В 2009 г. аппарат NASA LCROSS специально сбросил ударный блок в кратер Кабеус у южного полюса и обнаружил воду в выброшенном грунте. Данные индийского аппарата Chandrayaan-1 позднее позволили подтвердить наличие поверхностного водяного льда в постоянно затененных областях. NASA также установило, что вода встречается не только в вечной тени: в 2020 г. признаки молекул H₂O были обнаружены и на освещенной Солнцем поверхности.

Вода присутствует, но крупным колониям на Луне ее может не хватить

Однако вопрос заключается не только в наличии воды, а в ее количестве и доступности. Авторы новой работы для расчетов специально выбрали очень оптимистичную оценку в один миллиард тонн. Это примерно один кубический километр воды. При этом оценки запасов в наиболее перспективных полярных кратерах значительно ниже. Поэтому исследователи фактически проверили сценарий, в котором будущим колонистам повезет значительно больше, чем показывают наиболее консервативные оценки.

Расчеты показали, что без переработки миллионный город израсходовал бы 1 млрд тонн примерно за 2,4 года. Для поселения из 100 000 человек запасов хватило бы примерно на 24 года. Причина в том, что вода на Луне понадобится не только для питья и санитарных нужд. Ее придется использовать при выращивании пищи, производстве кислорода, а потенциально и для получения водорода и кислорода в качестве компонентов ракетного топлива. Для расчетов исследователи приняли расход около 500 тонн воды на человека в год, причем значительная часть приходится именно на производство продовольствия.

Как обеспечить водой крупные колонии на Луне

Ситуацию способна радикально изменить система замкнутого водооборота. На Международной космической станции удается возвращать в использование около 98% воды. При аналогичной эффективности переработки запас в миллиард тонн позволил бы городу из 100 000 жителей существовать порядка 1000 лет. Однако, для миллионного населения этого хватило бы примерно на столетие. Чтобы обеспечить городу-миллионнику тысячелетнюю автономность, эффективность переработки пришлось бы поднять выше 99,75%, то есть сократить потери примерно еще в десять раз.

Энергетика при этом выглядит значительно менее серьезным ограничением. Вблизи лунных полюсов существуют возвышенности, которые большую часть времени получают солнечный свет. По расчетам авторов, вертикальные массивы фотоэлектрических панелей высотой до километра теоретически способны обеспечивать в среднем около 3 гигаватт мощности в течение 90% времени. Для города с населением миллион человек исследователи оценили потребность примерно в 2,1 ГВт с учетом бытового и промышленного потребления.

Сложности в создании лунных колоний сохраняются

Проблема возникает в оставшиеся 10% времени. Для автономной работы солнечной энергетике потребуются накопители емкостью в сотни гигаватт-часов. Альтернативой может стать атомная энергетика. NASA и Министерство энергетики США уже развивают технологии ядерных энергетических установок для Луны. В 2026 г. NASA объявило о планах создать лунный ядерный реактор с перспективой развертывания к 2030 г.

При этом окончательный ответ на вопрос о будущем лунных городов пока остается открытым. Современные методы дистанционного исследования не позволяют полностью исключить наличие более глубоких залежей льда. Если значительная часть воды находится под поверхностью и ее удастся добывать промышленным способом, нынешние расчеты могут оказаться слишком пессимистичными.

Ранее на сайте «Пронедра» писали про юридический нокаут: как астроном осадил Трампа, после слов «Луна наша»