Хватит ли лунного льда для городов будущего? Учёные подсчитали: миллионный город иссякнет за век

Открытие воды на полюсах Луны вдохновило на размышления о том, можем ли мы строить там — города, промышленные районы, места, где люди работают и живут. Но достаточно ли там воды и можем ли мы использовать её достаточно эффективно? В своей новой статье в Frontiers in Space Technologies доктор Мартин Элвис и доктор Джонатан Макдауэлл производят расчёты. Даже при самых щедрых оценках доступной воды и эффективности переработки город на миллион человек просуществует лишь 100 лет, прежде чем вся вода закончится. В этой гостевой редакционной статье, предоставленной Frontiers in Space Technologies, Элвис разбирает, что мы можем и чего не можем сделать с имеющимися технологиями.

Открытие воды в тёмных кратерах на полюсах Луны вызвало «лунную лихорадку» — стремление основать там базы, а затем деревни, города и тяжёлую промышленность. Насколько устойчива эта гонка?

Вскоре после формирования Луны астероиды бомбардировали её, создав изрытый кратерами рельеф. Near полюсами Луны есть десятки кратерных днищ, не видевших прямого солнечного света около четырёх миллиардов лет. Многие из этих криогенно холодных «ям вечной тьмы» имеют температуру ниже 110 кельвинов (минус 262 градуса по Фаренгейту), образуя «холодные ловушки», в которых водяной лёд не сублимируется более чем на миллиметр за миллиард лет — даже в вакууме на лунной поверхности. И есть вода, чтобы замёрзнуть: некоторые из тех астероидов принесли её с собой. С 2013 года мы знаем, что эта вода всё ещё там — возможно, до миллиарда тонн, — благодаря последовательным лунным орбитальным миссиям, которые картографировали вероятные места с возрастающей детализацией.

Наличие воды на лунных полюсах меняет всё в человеческих посещениях Луны. Внезапно становится практичным представлять «лунную деревню», где люди могли бы выжить, не импортируя каждую последнюю частицу с Земли. Они могли бы выращивать собственную еду и иметь душ и функциональные туалеты, в отличие от астронавтов на Международной космической станции (МКС). Эта возможность породила амбиции таких людей, как Джефф Безос, по переносу тяжёлой промышленности на Луну, и цели Илона Маска по созданию там «саморастущих городов». Это заманчивые видения, но достижимы ли они?

Хорошие новости

Мы поняли, что можем сделать первую оценку осуществимости, просто посмотрев, сколько энергии и воды будет использовать большое население на Луне и как долго город на 100 000 или миллион человек сможет там просуществовать. Насколько устойчив город на Луне?

Хорошая новость в том, что энергия, даже без ядерных реакторов, не проблема. Это потому, что края кратеров, содержащих ямы вечной тьмы, находятся в почти постоянном солнечном свете. (Именно поэтому их иногда, слегка некорректно, называют «пиками вечного света».) На этих ярко освещённых краях можно было бы генерировать три гигаватта электроэнергии с помощью километровых башен, покрытых фотоэлектрическими массивами. Должно быть возможно производить солнечные панели на Луне. Кремния там точно предостаточно. Это могло бы даже сделать возможными центры обработки данных ИИ на Луне, разместив их near этих солнечных пиков. Это было бы началом настоящей лунной экономики.

Плохие новости

Плохая новость в том, что даже при щедром допущении о миллиарде тонн воды для начала, без переработки ответ на наш вопрос об устойчивости таков: город просуществует всего несколько лет. Даже в лучшем сценарии с 98-процентной эффективностью переработки воды — такой же, как достигнутая на МКС, — город на миллион человек исчерпает воду чуть более чем через век. Это проблема для устойчивого лунного поселения. А сегодняшние лучшие оценки количества воды на Луне примерно в 30 раз меньше миллиарда тонн, что сокращает время до истощения воды в те же 30 раз. Это означает, что даже небольшой город высохнет всего через десять с лишним лет. Лунная деревня на тысячу человек или даже город на 10 000 человек, напротив, были бы устойчивы на протяжении нескольких столетий или более.

Есть потенциальные решения. Мы могли бы повысить эффективность переработки воды в пять и более раз; снизить потребление воды с помощью новых методов, таких как вертикальное земледелие; импортировать воду, вероятно, с доступных астероидов; или просто найти больше воды. Из них, возможно, последняя надежда наиболее перспективна. Современные методы исследования воды не проникают ниже поверхности более чем на несколько метров, тогда как щебнеподобные породы поверхностного реголита обычно простираются на десятки метров вглубь и могут содержать воду в холодных ловушках. Если амбициозные планы космических миллиардеров должны быть реализованы, то поиск большего количества воды будет первым шагом.

Источники и материалы для дальнейшего чтения

Материал подготовлен на основе гостевой редакционной статьи доктора Мартина Элвиса и доктора Джонатана Макдауэлла, опубликованной в Frontiers in Space Technologies, предоставленной Frontiers in Space Technologies.

Изображение: кратер Шеклтон near южного полюса Луны, который, как считается, содержит большое количество водяного льда на своём постоянно затенённом дне. Фото: NASA/GSFC/Arizona State University.