Вчені розрахували водопостачання для місячної бази на 100 осіб

Навіть без повторного використання води людство може розгорнути досить серйозну базу на південному полюсі Місяця, показало нове дослідження. Щоправда, це рішення матиме досить серйозні наслідки. Понад те, найімовірніший шлях розвитку місячних баз взагалі обов’язково вимагатиме серйозного споживання води на природному супутнику Землі.

Американські дослідники розрахували споживання води для великої місячної бази площею п’ять гектарів та з персоналом у 100 осіб. Причому, попри звичайний підхід до таких питань, вони виключили повторне використання води та вели підрахунки виходячи із припущення про систематичний викид відпрацьованих водних ресурсів. З текстом роботи можна ознайомитись на сервері препринтів Корнеллського університету.

Проекти баз на Місяці опрацьовували ще у 1950-1960-х роках, але вони в нормі були дуже скромними. Наприклад, радянський проект місячної бази «Зірка» із 60-х складався з дев’яти блоків по 73 кубометри кожен (загалом приблизно 660 кубометрів) на 12 осіб екіпажу. Тобто за обсягом база була б дещо меншою за сучасну МКС за більшої кількості людей. Зрозуміло, проект передбачав «кільцеве» використання води: тоді вважалося, що Місяць практично безводний.

У XXI столітті з’явилася спочатку теорія, що передбачає наявність на Місяці великих об’ємів води у вигляді льоду, а потім і конкретні спостереження (наприклад, радарні), що показують, що полюси земного супутника мають водний лід. Стало ясно, що потреби гостро економити воду немає. Більше того, при великому обсязі водного льоду можливе створення на Селені значно більших баз, ніж вважали за можливе півстоліття тому.

Нова робота американських дослідників оцінює водопостачання бази розміром 500 на 100 метрів на 100 осіб. При цьому автори свідомо відмовилися не тільки від обов’язкового повторного використання води, а й взагалі від її економії: вони розраховують споживання на душі на основі земних показників витрати води в середньому американському домогосподарстві (375 літрів на людину на добу). Основна частина води, за розрахунками, все одно буде припадати не на людей, а не сільгосппотреби (теплиці з рослинами), неминучі для колонії, що самопідтримується.

Згідно з новими розрахунками, найпростіше видобувати воду з місячного льоду за допомогою автоматизованих «теплових бурів» потужністю 10 кіловат кожен. Загалом таких бурів потрібно буде близько 6,5 тисяч.

На Місяці немає атмосфери, тому крига під шаром реголіту при нагріванні відразу перетворюється на водяну пару. Дослідники запропонували збирати його спеціальним тентом, натягнутим над місцем роботи теплових бурів, що гріють реголіт. Потім водяна пара трубками відводиться від тенту в цистерну, де пари конденсуються до рідкої води.

Потім вчені проаналізували споживання води базою. Виявляється, навіть якщо отримувати весь кисень для дихання не з теплиць, а за рахунок електролізу місячної води, на це піде лише 0,3% водних потреб усієї бази. Істотно багато води доведеться витратити на теплиці. Площу, необхідну для забезпечення людей там, дослідники визначили 370 квадратних метрів на людину. Це дуже великі показники, взяті із продуктивності сільгосптеплиць на Землі. Розрахунки викликають серйозний сумнів: у 1970-х в СРСР в експерименті БІОС-3 встановили, що на забезпечення однієї людини киснем та їжею достатньо менш ніж 150 квадратних метрів.

Загальні водні потреби бази вчені оцінили у 105 тисяч тонн на рік, що виявилося цілком підйомним для видобутку з місячного льоду – за наявності джерел тепла на 65 мегават (теплових) потужності. Це не дуже велика величина: один російський криголамний реактор має в кілька разів більшу теплову потужність. Водночас у роботі не розглядається саме джерело такого тепла. Більше того, дослідники виходять із варіанта енергопостачання бази за рахунок сонячного випромінювання.

Тому вони вважали за розумне розташувати базу біля хребта Шеклтон-де-Герлах, що знаходиться практично на південному полюсі. Верх гребеня освітлений сонячним світлом майже завжди, а навколо лежать зони вічної тіні, де ґрунт завжди має температуру приблизно мінус 250 градусів. Вчені вважають розумним розташовувати сонячні батареї на височини, а водний лід витоплювати в низині.

Наукова робота має низку неочевидних місць. Наприклад, загальний обсяг бази (включаючи негерметичний) дуже великий – до 300 тисяч кубометрів. Така база надто велика для 100 осіб.

Зрештою, викликає питання сама ідея місячної бази на поверхні. Річ у тому, що сьогодні висадку на Місяці планують лише однією посадковою системою — Starship Ілона Маска. Її герметичний обсяг — близько 900 кубометрів, більший, ніж у МКС чи радянської бази місячного проекту «Зірка». Кожен Starship може розмістити до 40 осіб у довгостроковому польоті. Для розміщення 100 осіб персоналу набагато логічніше висадити біля південного полюса Місяця якусь кількість таких кораблів, благо їхня серійна вартість оцінюється в кілька сотень мільйонів доларів, що не так багато. А не будувати там базу гігантських розмірів із загальними габаритами, що перекривають 300 тисяч кубометрів.

Як уже зазначено вище, за досвідом радянського БІОС-3 для постачання людей по кисню та їжі достатньо 150 кубічних метрів герметичного простору на людину, включаючи житлові та лабораторні приміщення. Таким чином, навіть у разі постійної бази на 100 осіб на Місяць простіше доставити 16 Starship, ніж будувати споруди розміром із чималу висотку.

Тим не менш, та частина роботи, в якій пропонується збирати воду під тентом тепловими бурами, виглядає досить цікаво. Традиційно водну кригу припускали вирубувати з реголіту, а потім транспортувати до пунктів розтоплення. Так воду добувають взимку в деяких районах Якутії (через вічну мерзлоту взимку інші методи утруднені). Однак фізична робота з рубання водного льоду за мінус 250 градусів буде досить складною. Космічні автомати без людського керівництва, як ми неодноразово писали, зі складною роботою на поверхні інших небесних тіл не справляються. А від астронавта вона вимагатиме великих витрат часу та сил. Розтопити лід теплом виглядає більш простим варіантом.