Научный обзор проектов по изучению и освоению минерально-сырьевых ресурсов Луны и других естественных небесных тел

Известия Коми научного центра УрО РАН № 2(30). Сыктывкар, 2017.

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 523.3/.4:52-8:553

НАУЧНЫЙ ОБЗОР ПРОЕКТОВ ПО ИЗУЧЕНИЮ И ОСВОЕНИЮ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВЫХ РЕСУРСОВ ЛУНЫ И ДРУГИХ ЕСТЕСТВЕННЫХ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ

Е.П. КАЛИНИН

Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар

Проанализированы различные проекты по изучению и возможному освоению минеральных ресурсов естественных небесных тел (Луна, Титан, Меркурий, астероиды) и путям их практического использования на Земле.

Ключевые слова: природные ресурсы небесных тел, основные черты российской лунной программы, вопросы экономики и экологии при освоении небесных тел

E.P. KALININ. SCIENTIFIC REVIEW OF PROJECTS ON THE STUDY AND DEVELOPMENT OF MINERAL RESOURCES OF THE MOON AND OTHER NATURAL CELESTIAL BODIES

We analyzed various projects on the study and possible development of mineral resources of natural celestial bodies (the Moon, Titan, Mercury, asteroids) and their practical use on the Earth.

Keywords: natural resources of celestial bodies, main features of Russian lunar program; problems of economics and ecology during exploration of celestial bodies

Технический прогресс в науке ведет к тому, что рано или поздно природные ресурсы ближайших планет Солнечной системы будут доступны для эксплуатации. На XXV Международном научном симпозиуме «Неделя горняка-2017» было подписано международное соглашение о создании консорциума по освоению космической сырьевой базы для производства компонентов водородного топлива и создания элементов и конструкций космической техники непосредственно в космосе [1].

Еще ранее, в мае 2014 г., заместитель председателя Правительства РФ Д.О.Рогозин анонсировал проект Концепции российской лунной программы с целью создания в середине XXI в. обитаемой базы на Луне и инфраструктуры для добычи полезных ископаемых на специально выбранном полигоне [2]. В разработке Концепции участвовали Институт космических исследований РАН, ЦНИИ-маш, НПО им. Лавочкина, РКК «Энергия», НИИ ядерной физики МГУ, Государственный астрономический институт им. Штернберга МГУ. В будущем планируется возможность практического использования удобных плацдармов для технологических испытаний лунного грунта (реголита) и с целью получения из него водорода и кислорода для строительства лунной космической инфраструктуры и обеспечения в ней среды обитания человека.

Работы по освоению Луны предполагается осуществить в три этапа [2, 3].

2015-2025 гг. - отправка на спутник Земли автоматических межпланетных станций «Луна-25», «Луна-26», «Луна-27» и «Луна-28» для развертывания полигона в области Южного полюса Луны. Стоимость этапа ~ 28,5 млрд.руб.

2028-2030 гг. - пилотируемые экспедиции на орбиту Луны без высадки на ее поверхность.

2030-2040 гг. - посещение космонавтами потенциального района размещения лунного полигона и развертывание первых элементов инфраструктуры для добычи полезных ископаемых.

По мнению исследователей, доставка добытых в космосе полезных ископаемых на Землю, экономически нецелесообразна. Наиболее интересна переработка полезных ископаемых непосредственно на станции добычи в космосе. При этом стоимость реализации нового проекта около 400 млн. дол. [1].

Весьма перспективной с точки зрения первоочередности проектов освоения минеральных ресурсов внеземных объектов является добыча на Луне гелия-3 (Не3). Известно, что при термоядерном синтезе 1 т гелия-3 с 0,67 т дейтерия высвобождается энергия, эквивалентная сгоранию 2 млн. т нефти, соответствующая мощности порядка 10 ГВт. При современном уровне энергопотребления потребности всего человечества ограничиваются 200 т ге-лия-3. Притом Не3 практически нерадиоактивен, что делает установки термоядерного синтеза на Не3

Известия Коми научного центра УрО РАН. № 2(30). Сыктывкар, 2017

безопасными в случае природных катастроф и террористических актов [4].

На Земле распространенность Не3 крайне мала - 0,00014% (природный Не3 - 99,99986), и ежегодная добыча его может исчисляться несколькими десятками граммов. Содержание Не3 в поверхностном слое Луны - 10 мг/т [5]. Для добычи 1 т Не3 необходимо добыть и переработать до 1 млрд. т лунного грунта, что вполне сопоставимо с объемами перемещаемых горных пород на Земле [3]. Таким образом, реализация проекта по обеспечению человечества источником энергии на тысячелетия возможна после: 1) решения проблем управляемого термоядерного синтеза на основе Не3; 2) положительных результатов геологоразведочных работ; 3) создания на Луне инфраструктуры для добычи выявленных запасов.

Поверхностный слой Луны-реголит-состоит из частиц разрушенных горных пород. Учеными центра «Инновационные горные технологии» разрабатываются аналоги грунтов природных космических объектов для испытания космической техники. Полученные результаты лягут в основу совместного проекта по добыче водорода и гелия на Луне. Стоимость реализации нового проекта около 400 млн. дол.

Помимо гелия-3 еще одним экономически целесообразным ресурсом может стать водяной лед для получения ракетного топлива. Одним из самых холодных мест в Солнечной системе при t -2400С может быть кратер Шелтона вблизи Южного полюса Луны. Диаметр кратера 19 км. По предложению Шелтонской энергетической компании (США) для создания резервов ракетного топлива на околоземной орбите нужно нагреть разрабатываемый объект, превратить лед в воду, им разделить ее на водород и кислород-топливо и окислитель [6].

Определенный интерес вызывает обнаружение полезных ископаемых и на других небесных телах. Например, зондом «Гюйгенса» (Европейское космическое агентство) при изучении снимков поверхности Титана (самого крупного спутника Сатурна) получены данные о наличии на поверхности этой планеты скоплений больших объемов углеводородов - метана и этана, образующих озера.

Имеются теоретические предпосылки обнаружения в недрах Меркурия месторождений никеля, кобальта, меди, платиноидов, золота, урана и гелия-3.

Идея использования минеральных ресурсов астероидов наверняка старше любой космической программы. Еще в 1903 г. основоположник теоретической космонавтики К. Э. Циолковский [7] включил пункт «эксплуатация астероидов» в число 14 главнейших целей освоения космоса. На астероидах предполагается большее разнообразие пород, чем на Луне, а также возможно наличие промыш-ленно значимых скоплений металлов платиновой группы, галлия, германия, селена и теллура.

В США уже работают две негосударственные компании: Planetary Resources (с 2012 г.) и Deep Space Industries (с 2013 г.) с целью реализации проектов недорогих космических аппаратов для

изучения и добычи полезных ископаемых астероидов. По их мнению только добыча водяного льда для формирования компонентов ракетного топлива (Н, О) может генерировать рынок в триллион долларов.

Проекты России и США по освоению небесных тел не являются единственными. Европейское космическое агентство провело в июле 2014 г. испытание суборбитального многоразового космо-плана. КНР планирует к 2020 г. создать свою первую орбитальную станцию на окололунной орбите, а к 2030 г. - отправить на Марс зонд для отбора образцов марсианского грунта, к 2050 г. начать строительство лунной базы. Голландская негосударственная компания Mars One планирует к 2018 г. отправить к Марсу тестовый модуль, а в 2020 г. -космический корабль с людьми. Собственные космические программы реализуют Япония и Индия. В большинстве случаев все эти космические программы предусматривают в долгосрочной перспективе освоение природных ресурсов небесных тел с рациональным включением их в земную экономику.

Самым многообещающим объектом добычи на астероидах могут быть металлы платиновой группы. Всего один астероид может содержать вдвое больше платины, чем в настоящее время ежегодно добывается на Земле.

Луна и ее природные ресурсы являются общим наследием человечества. Договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела, подписан 100 странами и еще 26 стран завершают его ратификацию.

Основные цели международного режима должны включать упорядоченное и безопасное освоение природных ресурсов Луны, рациональное регулирование и расширенные возможности их использования при справедливом распределении между всеми государствами-участниками «Договора о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела от 1967 г.».

Основа земной энергетики - это сжигание углеводородов. Со временем им нужно искать замену. В 1980-е гг. советский физик Игорь Головин предложил развивать энергетику на основе термоядерной реакции «дейтерий-гелий-3». Она дает более высокий выход энергии, чем в современных атомных установках. И никакой радиации!

Академик Э. М. Галимов, научный руководитель ГЕОХИ РАН, отмечает главное, что реактор для термоядерного синтеза (в нем должен использоваться гелий-3) до сих пор не создан. Для нужной реакции процесса термоядерного синтеза нужно добиться температуры в 1 млрд. градусов, что науке пока не доступно, хотя задача является решаемой [8].

Образцы реголита, доставленные с Луны нами и американцами, вполне приемлемы для соответствующих технических и технологических экспериментов.

С появлением технических и технологических возможностей добычи полезных ископаемых на не-

Известия Коми научного центра УрО РАН. № 2(30). Сыктывкар, 2017

бесных телах ресурсы Солнечной системы станут для человечества практически безграничными. В отдаленном будущем с исчерпанием минеральных ресурсов исчезнет и необходимость сохранять их для будущих поколений. Возможно, главной целью в этих условиях станет сохранение геологического разнообразия, в том числе на внеземных объектах.

Реализация проектов по освоению минеральных ресурсов небесных тел находится пока на грани технических и технологических возможностей. Ни Договор по космосу 1967 г., подписанный 126 государствами, в том числе космическими державами, ни Соглашение о деятельности государств на Луне 1979 г., к которому космические державы не присоединились, не содержат до сих пор норм, достаточных для регулирования космического недропользования. Необходима разработка этических основ для юридического закрепления возможности (невозможности) получения права собственности на добытые полезные ископаемые. Все это должно сопровождаться справедливым распределением благ от добычи полезных ископаемых на небесных телах, социальной ответственности космического горного бизнеса и максимально возможным сохранением неживой природы (минеральных ресурсов, полезных свойств недр, ландшафтов) и георазнообразия.

Литература

1. Субботин А. Реголит на-гора. Россия начнет добычу полезных ископаемых на Луне // Поиск. 2017. № 5 (1443). 3 февраля.

2. Россия начнет колонизацию Луны в 2030 г.// Известия. 2014. 8 мая.

3. Россия предлагает начать создание лунных кратеров и экскаваторов // Известия. 2014. 11 августа.

4. Никитина Н.К. Законодательные и этические проблемы освоения минеральных ресурсов естественных небесных тел (ООО «УК», «Интер-гео», Москва) // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 2014. № 5. С. 70-75.

5. Галимов Э.М. Если у тебя есть энергия, ты можешь извлечь все // Редкие земли, 2014. № 2. С. 6-12.

6. Блэр Ш. Кому принадлежит космос? // Наука в фокусе. 2011. № 10. С. 40-49.

7. Циолковский К.Э. Промышленное освоение космоса. М.: Машиностроение, 1989.

8. Писаренко Дмитрий. Что можно выкопать на Луне? // Аргументы и факты. 2017. № 9. С. 16.

References

1. Subbotin A. Regolit na-gora. Rossiya nachnet dobychu poleznykh iskopaemyh na Lune [Rego-lith to the surface. Russia will start mining on the moon] // Poisk. 2017. No. 5 (1443). February 3.

2. Rossiya nachnet kolonizaciyu Luny v 2030 [Russia will begin Moon colonization in 2030] // "Izvestia" newspaper. 2014. May 8.

3. Rossiya predlagaet nachat' sozdanie lunnykh kraterov i ekskavatorov [Russia proposes to start the creation of lunar craters and excavators] // "Izvestia" newspaper. 2014. August 11.

4. Nikitina N.K. Zakonodatelnie i eticheskie problem osvoeniya mineral'nyh resursov estestven-nyh nebesnyh tel [Legislative and ethical problems of development of mineral natural resources of celestial bodies] (OOO "UK", "Inter-geo", Moscow)//Mineral resources of Russia. Economy and management. 2014. No.5. P.70-75.

5. Galimov E.M. Esli u tebya est' energia, ty moz-hesh izvlech vse [If you have the energy you can extract all] // Redkie zemli [Rare earth]. 2014. No. 2. P. 6-12.

6. Bler Sh. Komu prinadlezhit kosmos? [Who owns the space?] // Nauka v fokuse [Science in focus]. 2011. No. 10. P. 40-49.

7. Tsiolkovsky K.E. Promyshlennoe osvoenie kosmosa [Industrial space exploration]. Moscow: Mashinostroenie, 1989.

8. Pisarenko D. Chto mozhno vykopat' na Lune? [What can you dig on the moon?] // Arguments and facts, 2017. No. 9. P. 16.

Статья поступила в редакцию 30.05. 2017.