Запасов воды на Луне может не хватить для существования крупных городов
Учёные оценили, насколько крупные постоянные поселения на Луне смогут существовать за счёт местных запасов воды, и пришли к выводу, что для городов с сотнями тысяч или миллионами жителей её может оказаться недостаточно. Даже при очень эффективной переработке воды крупнейшие предполагаемые запасы лунного льда будут постепенно исчерпаны, тогда как небольшие поселения смогут существовать значительно дольше.
Вода на Луне сосредоточена прежде всего возле полюсов, где находятся кратеры, дно которых не освещалось Солнцем миллиарды лет. Температура в некоторых таких областях опускается ниже примерно −163 °C. В этих условиях водяной лёд практически не испаряется даже в вакууме и может сохраняться в лунном грунте на протяжении геологических эпох.
Часть воды могла попасть на Луну вместе с астероидами и кометами. Наблюдения орбитальных аппаратов показали, что лёд действительно присутствует в постоянно затенённых областях, однако его точное количество остаётся неопределённым.
Авторы исследования рассмотрели предельно оптимистичный сценарий, в котором доступные запасы воды достигают примерно 910 миллионов тонн. Затем они рассчитали, насколько долго этих ресурсов хватит поселениям различного размера при разных уровнях переработки воды.
Без повторного использования даже такой огромный запас оказался бы недостаточным для крупного города на длительном временном масштабе. Особенно сильно потребление увеличивается при населении в сотни тысяч или миллион человек, поскольку вода понадобится не только для питья, но и для приготовления пищи, санитарных нужд и выращивания растений.
Даже при возврате 98% использованной воды в систему — уровне, близком к достигнутому на Международной космической станции, — город с населением около миллиона человек смог бы существовать на запасе в 910 миллионов тонн лишь немного больше столетия.
При этом современные оценки количества доступного лунного льда значительно скромнее максимального сценария. По словам авторов, они могут быть примерно в 30 раз ниже. Если эти оценки окажутся верными, ресурсная база для крупного лунного города сократится на тот же порядок.
Небольшие поселения находятся в более выгодном положении. База примерно на 1000 человек или даже городок с населением около 10 000 жителей при эффективной переработке воды теоретически сможет существовать в течение нескольких столетий или дольше.
С энергией ситуация выглядит значительно проще. Кратеры с залежами льда расположены рядом с возвышенными участками возле лунных полюсов, которые большую часть времени освещаются Солнцем. На таких участках можно разместить крупные солнечные электростанции.
Авторы подсчитали, что километровые конструкции с фотоэлектрическими панелями потенциально способны обеспечить около 3 гигаватт электрической мощности. Кремния на Луне достаточно, поэтому в далёкой перспективе часть солнечных панелей можно было бы производить непосредственно из местного сырья.
Это означает, что главным ограничивающим ресурсом для крупных поселений может оказаться не энергия, а именно вода. Она понадобится не только людям, но и сельскому хозяйству, промышленности и, возможно, производству компонентов ракетного топлива.
Проблему можно смягчить несколькими способами. Один из них — дальнейшее повышение эффективности переработки воды. Другой — сокращение её расхода, например за счёт более экономичных систем выращивания растений. Воду также теоретически можно доставлять с Земли или добывать из доступных астероидов, однако такие варианты значительно усложнят создание независимой лунной экономики.
Наиболее перспективной возможностью авторы считают поиск дополнительных запасов льда. Современные методы дистанционного исследования позволяют достаточно хорошо изучать лишь верхние несколько метров поверхности, тогда как слой рыхлого лунного грунта местами может уходить на глубину в десятки метров.
Если значительное количество льда скрыто глубже, реальные водные ресурсы Луны могут оказаться больше нынешних оценок. Поэтому перед созданием крупных постоянных поселений потребуется подробное исследование полярных кратеров и определение не только общего количества воды, но и того, насколько легко её можно добывать.
Авторы подчёркивают, что их расчёты не означают невозможность постоянного проживания людей на Луне. Они показывают другое: найденных сегодня запасов льда может быть достаточно для относительно небольших баз и поселений, но переход к городам с сотнями тысяч или миллионами жителей потребует либо обнаружения значительно больших запасов воды, либо гораздо более совершенных технологий её переработки.
Исследование принято к в журнале Frontiers in Space Technologies.