Один из членов экипажа знаменитой лунной станции АПОЛЛОН берется доказать, что ключом к будущему развитию Земли послужат грандиозные запасы экологически чистого ядерного горючего, дожидающиеся нас в недрах Луны
Харрисон Шмитт, член экипажа космического корабля АПОЛЛОН-17, покинул Луну 32 года тому назад. С собой он привез центнер лунных камней и страстное желание увидеть, как человечество продолжит исследования космоса. Шмитт убежден, что пришло время американцам вернуться на Луну. Почему именно теперь, он объясняет в статье, написанной специально для нашего журнала.
Лунные горняки
Горсточка земли, подобранная на гребне лунного кратера Камелот, соскользнула с моего совка в тефлоновый пакет и вместе со всей командой Аполлона-17 отправилась в путь на Землю. В тот день, 13 декабря 1972 года я, пожалуй, не представлял, что образец грунта 75501, а также образцы, доставленные Аполлоном-11 и другими экспедициями, послужат вескими аргументами для того, чтобы в XXI веке нам потребовалось вновь вернуться на Луну. Осознание придет позже, через тринадцать лет, когда молодые инженеры университета штата Висконсин в образцах лунного грунта обнаружат существенное количество гелия-3. Это весьма любопытное вещество является изотопом хорошо известного газа — того самого, которым по праздникам наполняют разноцветные воздушные шарики.
Еще до лунных экспедиций небольшие количества гелия-3 удалось обнаружить на Земле, и этот факт заинтриговал научное сообщество. Гелий-3 со своим уникальным внутриатомным строением обещал фантастические перспективы. Если использовать его в реакции ядерного синтеза, того самого, который питает энергией наше Солнце, то можно было бы получить огромные количества электроэнергии, не погрязнув при этом в опаснейших радиоактивных отходах, которые помимо нашей воли производятся в традиционных ядерных реакторах. Добывать гелий на Луне, а затем отправлять на Землю — занятие не из легких, но тех, кто ввяжется в эту авантюру, ждет сногсшибательная награда. Гелий-3 мог бы избавить мир от наркотической зависимости, когда жизнь немыслима без ископаемого горючего.
В течение десятилетий, когда исследования космоса посредством обитаемых космических аппаратов свелись практически к нулю, разработка подобного проекта представлялась совершенно нереальной. Конечно, Америка и другие державы посылали время от времени космонавтов на околоземные орбиты, однако в дальние космические пределы человечество предпочитает теперь отправлять только роботов. Ситуация изменилась 14 января 2004 года, когда президент Джордж Буш призвал NASA к «дальнейшему исследованию космоса и расширению человеческого присутствия по всей нашей Солнечной системе».
Для чего возвращаться
В течение всей истории человечества поиск драгоценных ресурсов — сначала еды, затем минералов и, наконец, энергии — толкал на исследование и освоение все более и более отдаленных уголков планеты. Полагаю, что гелий-3 станет тем ресурсом, который сделает освоение Луны желательным, а следовательно, и возможным.
Хотя на Земле и существует гелий-3 в тех количествах, которые позволяют исследовать его физические свойства, ни о каких коммерчески значимых запасах этого вещества говорить не приходится. Если бы таковые имелись, мы бы, наверное, уже давно научились получать с их помощью электричество. Чем дальше мы продвигаемся в создании термоядерных реакторов, тем острее сознаем привлекательность реактора на базе гелия-3.
Исследователи перепробовали несколько способов укрощения грандиозных энергий водородного синтеза, пытаясь получить мирное электричество. Камнем преткновения оказались трудности достижения температур, необходимых для поддержания реакции. При этих температурах — таких, как на поверхности Солнца — плавятся все известные нам материалы. Поэтому реакцию можно поддерживать, только ограничивая зону процесса магнитным полем, то есть создав своеобразный электромагнитный термос.
На первых порах ученые полагали, что синтеза можно достичь, используя дейтерий, изотоп водорода, обнаруженный в морской воде. Вскоре выяснилось, что требования к температуре и давлению для поддержания этого процесса в течение хотя бы нескольких дней не увязываются с возможностями технологии магнитного ограничения зоны реакции. Если тритий заменить на гелий-3, вместо магнитов можно использовать электростатическое ограждение, и вообще конструкция реактора становится намного проще, а объемы высокорадиоактивных отходов
заметно сокращаются. Этот поворот мысли впервые позволил посмотреть на термоядерный синтез как на прикладную энергетическую задачу.
Впрочем, гелий-3 не используется в энергетике не из-за недостатка инженерных талантов, а просто потому, что на Земле фатально не хватает самого изотопа. Огромные количества гелия зарождаются на Солнце, причем малую его долю составляет гелий-3, а остальное — гораздо более часто встречающийся гелий-4. Пока эти атомы движутся к Земле в составе «солнечного ветра», оба изотопа претерпевают изменения. Столь драгоценный для нас изотоп никогда не достигает Земли, поскольку его отбрасывает прочь земное магнитное поле. К счастью, на Луне магнитного поля нет, так что здесь он накапливается в поверхностном слое грунта, а в результате постоянного метеоритного дождя перемешивается с пылевыми осадками и скальными осколками, где и ждет нас многие тысячелетия.
Программа добычи гелия-3 с поверхности Луны не только предоставляет весомые аргументы в пользу строительства на Луне людских поселений — она может принести грандиозные результаты и у нас, на Земле.
Горнодобывающая промышленность в условиях Луны
Анализ образцов, собранных в 1969 году Нилом Армстронгом в ходе первой лунной экспедиции, показал, что концентрация гелия-3 в лунном грунте не опускается ниже 13 частей на миллиард. В непотревоженных грунтах эта концентрация может достигать величин 20−30 частей на миллиард. Казалось бы, такие концентрации слишком малы, чтобы принимать их всерьез, однако если посмотреть на заложенную в проекте цену $1400 за грамм гелия-3, легко подсчитать, что центнер гелия-3 потянет на очень приличную сумму в $140 миллионов.
Поскольку концентрация гелия-3 достаточно низка, для обогащения придется перерабатывать значительные количества грунта и скальной породы. Если с лунной поверхности площадью примерно два квадратных километра содрать слой грунта толщиной три метра, мы получим около центнера гелия-3. Такого количества хватит, чтобы в течение года питать электричеством Даллас или Детройт.
По земным меркам расходы на процесс горнодобычи оказываются не слишком высокими. Почти всю работу могут выполнять автоматизированные комбайны. Выделение чистого изотопа тоже не представляет-ся слишком сложным. Нагрев вместе с перемешиванием легко высвободит газы, адсорбированные в грунте. Если после этого пары охлаждать до абсолютного нуля, из смеси будут последовательно выпадать все присутствующие в ней газы. На последнем этапе специальные мембраны помогут отделить гелий-3 от простого гелия.