7 термоядерное топливо на космических телах
advertisement
физика ТЕРМОЯДЕРНОЕ ТОПЛИВО НА КОСМИЧЕСКИХ ТЕЛАХ Г.Н. Измайлов Московский авиационный институт THERMONUCLEAR FUEL ON COSMIC BODIES G.N. Izmailov Проблема обеспечения энергетических потребностей хозяйственной деятельности человечества была сформулирована еще в 70-х годах прошлого столетия. Новым решением проблемы видится применение термоядерных реакций с использованием изотопа 3Не. Поскольку добыча изотопа на Земле мало рентабельна, то предлагается его добыча на Луне. Рассматривается альтернатива – добыча изотопа 3Не на астероидах. Обсуждаются возможность технической реализации проекта и экономические аспекты рентабельности добычи. Указывается на путь снижения стоимости сырья для термоядерной реакции – комплексное освоение рудного богатства астероидов. The problem of providing of energy requirements for economic activity of mankind was formulated by as far back as seventy of past century. New solution of a problem is seen by utilization of thermonuclear reactions using of 3Не isotope. Because the isotope mining from the ground is little profitable, then its moon mining is proposed. In the article it is considered alternative to moon mining – the mining of 3 Не isotope on asteroids and another cosmic bodies. The possibility of technical implementation of the project and the economic aspects of profitability of mining are discussed. It is pointed out that the complex mastering of ore wealth of asteroids is the way for reducing of material cost for the thermonuclear reaction ВВЕДЕНИЕ будет только усугублять обозначенные проблемы. В то же время освоение космического пространства сулит, в частности, открытие новых источников сырья и топлива. Выходом из замкнутого круга является рациональная эксплуатация ресурсов уже освоенного космического пространства. Поэтому добыча и доставка сырья и топлива с поверхности космических тел видится не только как один из шагов по пути освоения космоса, но и как способ решения указанных проблем на Земле. На ХХХ академических Королёвских чтениях, проходивших 25–27 января 2006 г. в МГТУ им. Н.Э. Баумана, обсуждалась проблема добычи термоядерного топлива на Луне. В статье обсуждается возможность добычи такого вида топлива на малых планетах, Марсе, Меркурии и на частицах космической пыли. Пробудившийся интерес к освоению космоса и межпланетным космическим путешествиям опирается, в частности, на понимание возможности решения ряда общечеловеческих проблем на Земле, связанных прямо или косвенно с ресурсами сырья и первичной энергии, а также с энергопотреблением. Повышение производительности труда и связанное с ним удешевление стоимости добычи, увеличение объемов и темпов переработки минерального сырья в ХХ в. обусловливают сырьевую проблему, заключающуюся в поиске новых источников сырья. В первую очередь, это поиск углеводородных ископаемых, так как добыча нефти, газа и угля неизменно растет. Также неизменно возрастает добыча драгметаллов, а обеспечение потребления возрастающих объемов питьевой воды становится актуальным. Другая проблема – в возрастании потребления энергии промышленностью. Рост народонаселения может создать еще одну проблему. Ожидается, что население Земли в 2025 г. достигнет 8 млрд. К концу следующего столетия оно может быть уже 12 млрд. И даже если промышленно развитыми странами будет найден путь уменьшения потребления ими энергии, то беспрецедентное увеличение численности населения, связанное с растущим благосостоянием в развивающихся странах, будет определять огромные требования к глобальным ресурсам энергии. Чем же может помочь космонавтика в решении энергетической проблемы на Земле и обеспечения ресурсами для своего развития? Особенность космонавтики как нового вида хозяйственной деятельности человека проявляется, в первую очередь, в огромном потреблении энергии и материалов для своего развития. Это не может быть обеспечено за счет освоения земных ресурсов, а следовательно, дальнейшее развитие космонавтики ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА Еще в 1976 г. П.Л. Капица указывал на связь энергопотребления и благополучия цивилизации, с одной стороны, и на истощение на Земле ресурсов, дающих энергию за счет химических реакций, – с другой [1]. Разделяя виды энергии на бытовой (который обеспечивает культурный образ жизни и определяется уровнем десятка киловатт на душу населения) и промышленный (необходимый для преобразования окружающей среды, сельскохозяйственной деятельности, транспорта, освоения космоса; масштаб этого вида энергии – мегаВатты) Капица указывал, что человечество сталкивается с проблемой создания, преобразования и снижения стоимости именно второго типа энергии. Известно, что на поверхность Земли с учетом отражения ежегодно падает 1700Q (1Q=1021Дж) солнечной энергии. Запасы нефти оцениваются в 13,3Q, газа в 8Q, угля в 297Q. Казалось бы, что запасов топлива на Земле достаточно и нет серьезных оснований ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК 2007/3 7 физика для беспокойства. Однако потребление энергии человечеством возрастает чрезвычайно быстро. Если до ХХ в. за всю историю человечества было израсходовано 1Q энергии, то в 1995 г. потребление составило уже 0,4Q, а оценка энергетических затрат в 2002 г. cоставила 0,6Q. Если учесть, что потребление углеводородного топлива преобладает, составляя 70 –80% всего энергопотребления, то исходя из оценок запасов топлива на Земле, делается вывод о конце добычи углеводородов в середине ХХI в. Возникшая тенденция роста создания источников энергии за счет ядерных реакций деления (запасы урана и тория на Земле оцениваются в 5000Q, дейтерия в 1,5•1010Q) дала резкий спад в результате протеста общественности на Чернобыльскую катастрофу в 1986 г., а также из-за нерешенной проблемы утилизации радиоактивных отходов. Однако проблема обеспечения роста энергопотребления осталась и поэтому поиск ее решения возобновился. Использование других источников энергии (так называемых возобновляемых источников энергии – ВИЭ): гидроресурсы, геотермальная энергия, энергия атмосферных ветров и атмосферного электричества, энергия солнечного излучения – имеет свои пределы (максимальный перепад поверхности суши – менее 9 км, малые градиенты температуры в земной коре, значение солнечной постоянной – примерно 1,4 кВт/м2), что определяет малую величину энергии, запасенную в единице объема или снимаемую с единицы площади. Следует также учесть, что создание крупномасштабных энергетических объектов приносит экологический ущерб и представляет собой потенциальную военную опасность. Кроме того, метеоритная опасность1 и сложность передачи энергопотоков высокой плотности из ближнего космоса2 на Землю не позволят развернуть крупные электростанции в космическом пространстве. К недостаткам также нужно отнести то, что стоимость киловатт-часа ВИЭ высока, а энергия, снимаемая с установки на Земле, требует стабилизации, поскольку ее производство непостоянно. В общем, ВИЭ в мировом производстве энергии составляют около 1,6%, и только Дания имеет 12% ВИЭ в общем объеме производства электроэнергии [2]. Сегодняшнее решение проблемы создания долговременного, мощного и сравнительно компактного источника видится в применении реакций синтеза с использованием изотопа гелия 32He: He + T → α + D, 3 2 He + 63Li → 2α + p + 16,9 МэВ, 3 2 здесь D, T – дейтерий и тритий – изотопы водорода, α – ядро обычного атома гелия, p – ядро атома водорода. Одна из этих реакций приведена на рисунке 1. Оценки показывают, что 1 кг 3Н при взаимодействии с 0,67 кг дейтерия дает около 19 мегаВатт лет выходной энергии. Эти реакции могут быть осуществлены в устройствах, использующих технологию ТОКАМАКов, стеллараторов и лазерного синтеза. Обращает на себя внимание экологическая чистота предлагаемых реакций синтеза, поскольку нет радиоактивных продуктов распада, а энергию протонов сравнительно просто использовать, в отличие от кинетической энергии быстрых нейтронов, которые могут быть источниками вторичных ядерных реакций, а значит порождать такие проблемы, как поражение радиоактивным излучением, биологическая защита, дистанционное управление и безопасность. Так же, как следствие, в энергетических установках, использующих указанные реакции, будет минимизировано создание вторичных радиоактивных отходов [7]. Однако осуществление этих реакций требует большего значения параметров: концентрации первичных продуктов реакции n, их температуры T и времени удержания горячих продуктов в зоне реакции τ. (Согласно критерию Лоусона, учитывающего трудность «поджига» реакции, должны быть выдержаны значения nτ = 1015 с/см3, T= 109 K, что на несколько порядков выше значений критерия Лоусона для хорошо изученных реакций с дейтерием). Мала также и вероятность столкновения ядер между собой. Поэтому предлагаемые реакции пока слабо D + 32He → α + p + 18,3 МэВ, He + 32He → α + 2p + 12,86 МэВ, 3 2 1 Так, для космического аппарата, движущегося по гелиоцентрической орбите вблизи орбиты Земли и имеющего площадь поверхности 100 м2, при массе метеорита, равной 10–3 г, одно столкновение должно происходить в среднем за несколько дней. 2 Оптимистическая оценка вырабатываемой мощности не превышает 150 Вт на 1м2 солнечной батареи. 8 Рис. 1. Ядро дейтерия (D), сталкиваясь с ядром изотопа гелия (32He), образует промежуточное состояние, которое разваливается на ядро обычного гелия (42He или в других обозначениях – α-частица) и протон (p). Реакция идет с выделением энергии ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК 2007/3 физика изучены и требуются значительные усилия для их демонстрации. Существенно более значимой видится проблема добычи 32He (этот изотоп далее будем обозначать как 3 Не). Как известно, 3Не практически отсутствует в земной коре, но некоторое его количество имеется на Земле. Он является побочным продуктом при создании ядерного оружия и можно создавать около 15 кг 3He каждый год. В США общее количество стратегических резервов такого гелия составляет примерно 29 кг и еще 187 кг смешано с природным газом. Другой путь – искать изотоп на космических телах. В этом случае обозначаются проблемы переработки, обогащения, хранения изотопа и транспортировки его на Землю. Kульчинский и др. [4] оценивают общее количество 3Не, которое осаждено солнечным ветром в лунном реголите, в 1,1 млн метрических тонн. Поскольку реголит перемешан в результате столкновений с метеоритами, то мы будем, вероятно, находить 3 He до глубины в несколько метров. Самые высокие концентрации находятся в лунном море; так что около половины 3He отлагается на лунных морях, покрывающих 20% лунной поверхности. Чтобы извлечь 3He из лунного грунта, нужно нагреть пыль примерно до 600° C. СТОИМОСТЬ ПРОЕКТА В дискуссии за круглым столом, организованном в рамках уже упоминавшихся академических чтений, приводились следующие цифры. Затраты на создание ядерного оружия (проект Манхэттен) составили 24 млрд $; высадка человека на Луну (проект Apollo) обошлась в 30 млрд $; создание международной космической станции МКС – в 100 млрд $. Ожидается, что работы по разработке термоядерного реактора не превысят 30 млрд $, а затраты на добычу термоядерного топлива составят не более 25 млрд $. Расчет последней цифры происходил в предположении, что одна тонна топлива 3Не должна стоить не более 10 млрд $, тогда стоимость топлива может стать конкурентной со стоимостью нефти в 70$ за баррель. При таких условиях начальная стоимость 1 кВт-ч электроэнергии не будет превышать 40 ¢. В дальнейшем стоимость может быть снижена до 15 и даже до 5¢ за кВт-ч. бычи 3Не (глубина обогащенного слоя около 6 м). Хотелось бы отметить возможность добычи 3Не также и с поверхности малых планет (астероидов), под которыми подразумеваются астероиды пояса Марс – Юпитер или околоземные астероиды (ОЗА) (рис. 2), а также с грунтов планет Марса и Меркурия, и частиц космической пыли. Человечество давно столкнулось с проблемой метеоритной опасности. Оставляя в стороне предрассудки и донаучные представления о влиянии космических тел на жизнь на Земле, приведем только три примера. Нeдавно открыт большой кратер Кейбра в пустыне Сахара (Египет). Его диаметр оценивается в 31 км, предполагается, что он образовался после удара о поверхность астероида размером в 1,3 км. Другой известный пример – кратер в штате Аризона (США) диаметром в 1,2 км. Катастрофа Тунгусского метеорита еще раз указывает на колоссальную потенциальную опасность, связанную со столкновением метеорита с Землей. Кроме того, астероидная опасность связана с входом астероида в атмосферу Земли, ударом его о ее поверхность и, как следствие, с выбросом вещества в атмосферу, нарушением ее энергобаланса, серьезными экологическими изменениями. Поэтому исследователи космоса подробно изучают орбиты астероидов, их размеры и плотности потоков (рис. 2). Поскольку около 770 уже открытых астероидов находятся на расстоянии 7,5 млн км от орбиты Земли и представляют собой потенциально опасные астероиды, то центр внимания лежит в определении возможности разрушения малого космического тела или, по крайней мере, изменения его орбиты. ГДЕ МОЖЕТ БЫТЬ 3НЕ? Согласно некоторым представлениям существуют потоки (струи) в составе солнечного ветра. Эти струи обогащены (превышение концентрации в десятки раз) изотопом 3Не. Поэтому данный изотоп может содержаться в поверхностных слоях космических тел, подвергавшихся экспонированию Солнцем. Крупнейшим астрофизическим телом около Земли является Луна, с ее поверхности доставлены образцы пород, в них обнаружено присутствие 3Не, и, конечно, интенсивно изучается возможность до- Рис. 2. Карта внутренней части Солнечной системы. Орбиты главных планет показаны тонкими окружностями, а сами планеты – большими точками. Положение Солнца отмечено звездочкой. Положения малых планет отмечены кружками. Объекты с перигелием до 1,3 АЕ показаны темными кружками. Два «облака» объектов до и за Юпитером (вдоль орбиты планеты) являются Троянами Юпитера. Пронумерованные периодические кометы отмечены сплошными квадратами. Остальные кометы – пустыми квадратами [8] ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК 2007/3 9 физика Недавние космические эксперименты – американский проект NEAR и японский Impact, подтвердили доступность высадки на астероидах. Первая малая планета Церера была открыта в 1801 г. За последние десять лет наши знания об астероидах и кометах существенно расширились. К 2005 г. более 3000 ОЗА и комет, из 60 тыс. доступных наблюдениям, идентифицированы изображениями и спектральным составом по их траекториям, звездным величинам и их гравитационному влиянию (например, астероиды Гаспра, Ида, Матильда, Эрот, изображений которого за последнее время собрано огромное число, Итокава и др.; кометы Галлея, Борелли, Темпля-1 и -2 и Уалд-2). Известны радиолокационные изображения астероидов Тутатис, Касталия, Рис. 3. Снимок поверхности малой планеты Эрот, поGeographos, Клеопатра, Golevka. лученный при выполнении проекта NEAR Shoemaker [6] Астероид Эрот – второй наибольший астероид наблюдался на расстоянии в 22 млн км (0,15 АЕ) 23 января 1975 г. Масса Эрота – 7,2•1015 кг. Размер – 33х13х13 км. Радарное обследование астероида говорит о существовании неровной и возможно шероховатой поверхности. Съемка показывает наличие очень мягкого материала на поверхности (рис. 3, 4), а спектральный анализ (рис. 5) выявил состав поверхностных слоев. Миссия NEAR Shoemaker (17 февраля 1996 г. – 28 февраля 2001 г.) закончилась высадкой на астероиде Эрот. Период обращения астероида вокруг собственной оси – 5,27 часов, орбитальный период – 1,76 года. Ближе к Земле подходил астероид Икар. Расстояние в 1968 г. определялось в 6,5 млн км. А вот астероид Гермес наблюдался уже на расстоянии Луны. Рис. 4. Последнее изображение поверхности астероида Отметим, что среднее расстояние до Луны 384,4 тыс. Эрот, переданное с расстояния 130 м до поверхности, оно охвакм (0,00262 АЕ). По оценкам, некоторые астероиды тывает площадь 6 x 6 м. Вверху снимка можно видеть камень с смогут подойти к Земле вплоть до 0,001 АЕ. Неболь- поперечным размером 4 м. Внизу снимка находится область очень шое их количество имеют орбиты, сопрягающиеся мягкого материала, дающая вид волнообразной картины эрозии. с орбитой Земли, что определяет малую скорость Вертикальные полосы снизу обусловлены потерей сигнала при передаче этого снимка во время посадки космического аппарата космического аппарата, производящего контакт с на астероид [9] ним, а следовательно, благоприятные условия для посылки космического аппарата и низкую стоимость полета. Так, скорость посадки на Эрот составила всего 1,5–1,8 м/с. Астероиды, как и Луна, содержат большое количество элементов таблицы Менделеева, что позволит организовать попутную добычу других полезных руд. Приведем также другие аргументы использования астероидов и их обломков для добычи изотопа 3 Не. Время существования астероидов сопоставимо со временем существования планет Солнечной системы, что обусловливает при прочих равных условиях примерно равные концентрации изотопа в поверхностном слое малых планет и Луны. Однако близость орбит астероРис. 5. Результаты спектрального анализа рентгеновского излучения с идов к Солнцу, а также то, что период поверхности астероида Эрот [9] 10 ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК 2007/3 физика обращения астероидов вокруг собственной оси составляет от 2 до 9 часов, указывают на возможно более высокое и равномерное содержание 3Не в поверхностном слое астероида. Соотношение площадь поверхности/объем возрастает при уменьшении размера тела, что благоприятно при полной утилизации массы астероида. Малая масса астероида (1010– 1022 кг) создает малую силу тяжести на его поверхности и, следовательно, снимает вопрос о затратах на преодоление силы притяжения при посадке/взлете. Относительно небольшие размеры позволят фрагментировать астероид, уменьшая затраты на его транспортировку на околоземную орбиту и/или доставку на Землю. Как альтернатива возможна дегазация астероида или его фрагментов на околоземной орбите, сбор продуктов дегазации, обогащение состава и упаковка продуктов в контейнеры непосредственно на орбитальной станции типа МКС3. Поэтому возврат ресурсов из некоторых этих ОЗА на низкую или высокую околоземную орбиту может конкурировать с поставками материалов с Земли. ПОПУТНОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ДРУГИХ МИНЕРАЛОВ – ПУТЬ СНИЖЕНИЯ СЕБЕСТОИМОСТИ 3НЕ. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ОЦЕНКИ Как отмечалось выше, в астероидах и кометах содержится широкий диапазон веществ, включая металлы группы железо-никель, силикаты, элементы полупроводниковой и платиновой групп, воду и битуминозные гидрокарбонаты, некоторые газы. Это показывают спектроскопические наблюдения, а лабораторные химические анализы их подтверждают. Причем большинство каменных и железокаменных метеоритов содержат металлы платиновой группы в концентрации 0,001% (100 г на 1 т). Содержание платины и золота в карьерах Южной Африки и повсюду в шахтных рудах в 10, а то и в 20 раз ниже [6]. Отметим, что запасы воды являются, пожалуй, одним из наиболее важных стратегических продуктов, которые могут быть добыты с астероидов. Оценка стоимости добычи металлов платиновой группы, присутствующих в металлических и силикатных астероидах, порядка 30$ за грамм. Если полагать, что оценка стоимости 1 г 3Не, добытого на астероиде, не выше стоимости 1 г 3Не, добытого на Луне, то можно принять оценку стоимости 1 г 3Не, добытого на астероиде, равной 10 тыс. $. Для справки отметим, что стоимость уранового сырья в 20-е годы прошлого столетия составляла 200 тыс. $ за грамм. Мало вероятно, что будущая крупномасштабная экономическая деятельность на околоземных орбитах будет развиваться, пока расход на пуски на 3 Во всяком случае, первые эксперименты обнадеживающие. Так, для спекания небольшого куска лунной пыли в земных условиях за 30 с понадобилось всего 250 Вт в бытовой СВЧ-печке [5] низкие орбиты не упадет до диапазона 500–1000$ за килограмм. С этой точки зрения любой спрос на материалы на орбите, который может быть удовлетворен по одинаковой или более низкой стоимости полезными ископаемыми, восстановленными из астероидов, будет сопоставляться с эквивалентной стоимостью руды, т.е., со стоимостью минералов, которые могут быть добыты, обогащены, и проданы для получения дохода. Заметим, что астероидные вещества, о которых говорится – это вода, металлы группы никель-железо, углеводороды и силикатные породы. Очищенные и сделанные доступными на низкой околоземной орбите, они будут стоить что-то около 500 000$ за тонну, поскольку земное притяжение отсутствует – нет «расхода на пуски». Поэтому, если удастся снизить стоимость руды, добываемой на астероиде, до 500$ за 1 кг, то переработанная астероидная руда станет конкурентноспособной по отношению к материалам, доставляемым с Земли. Как видно из приводимых оценок стоимости добычи, освоение рудного богатства астероидов уже само по себе представляет немалую выгоду, поэтому снижение стоимости сырья для термоядерного синтеза может быть осуществлено при организации попутного извлечения других полезных руд. ПРОБЛЕМА ПЫЛИ И СОПУТСТВУЮЩИЕ ТРУДНОСТИ Наличие обогащенной 3Не пыли на космическом теле ставит ряд технологических и медико-биологических трудностей. Как выяснилось при исследовании лунной пыли [6], ее частицы имеют характерные размеры в несколько нанометров и представлены силикатнымиминералами, т.е. являются абразивами. Эта особенность может создать опасность проникновения пыли в соединения подвижных частей механизмов и в результате механические (робототехнические) устройства выйдут из строя. Пыль легко собирает электростатический заряд, оседает на поверхности скафандров и оптических приборов. Облако пыли, поднятое при работе механизма, затруднит обзор обрабатываемого участка грунта. Для космонавтов проникновение пыли через шлюз или соединения в скафандре будет представлять потенциальную опасность для здоровья. В 1972 г., когда Г. Шмит – космонавт космического аппарата «Аполлон» шмыгнув носом и вдохнув воздух в своем лунном модуле «Челленджер», сказал, что он обонял что-то аналогичное пороху, то его командир Жен Кернан был с ним согласен. Пыль была занесена после возвращения астронавтов по лунной поверхности вблизи моря Безмятежности. Позже Г. Шмит почувствовал нечто вроде сенной лихорадки. Эти симптомы ушли на следующий день и все закончилось благополучно. Однако длительное вдыхание силикатной пыли способно вызвать силикоз – серьезное заболевание легких, встречающееся у шахтеров [6]. Другой трудностью может оказаться повышенная радиоактивность грунта космических тел. ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК 2007/3 11 физика Ожидается, что на Луне повышенное содержание Th, U, Rn, следовательно, необходимы технологии снижения радиоактивности руд, используемых при извлечении полезных ископаемых. Организации космических полетов на астероиды, осуществлению технологических процессов добычи и переработки будут сопутствовать огромные информационные потоки. КОСМИЧЕСКАЯ ГОНКА. ДЕМОНСТРАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЙ Беспрецедентный одновременный запуск международных зондов к Луне, который произойдет в ближайшее время, оповестит о начале новой эры исследования Луны. И если раньше запуск спутника Земли свидетельствовал о космическом статусе страны, то теперь действие разворачивается на Луне. Поначалу планируется осуществить полет автоматических станций. Армада роботов-спутников соберет исчерпывающую картину данных, достаточную для полномасштабной эксплуатации лунной поверхности человеком [3]. Космическая программа европейского космического агентства SMART-1 начал серию экспериментов по контролируемому воздействию на поверхность Луны в сентябре 2006 г. Все ожидают, что серьезные космические программы по дистанционному зондированию начнутся примерно через год, начиная с японской селенологической исследовательской разработки (SELENE). Далее последуют Индия и Китай. Четвертыми в этой группе будут США с орбитальным аппаратом исследования Луны, который готовится для запуска в конце 2008 г. ЯПОНИЯ Космическая программа автоматизированного полета к Луне SELENE намечена японским агентством исследования космоса (JAXA) как самый большой полет на Луну после программы Аполлон. Космический аппарат SELENE состоит из главного орбитального аппарата и двух маленьких субспутников, которые будут запущены на окололунные орбиты. Планируемый обзор Луны в течение одного года начнется после выполнения инструментальных проверок, на что потребуется около двух месяцев. С использованием 14 научных инструментов на борту спутника SELENE будет осмотрена вся Луна для информации об ее элементном и минералогическом составе, географии, поверхности и строения подпокровного слоя, остаточного магнитного поля, и гравитационного поля. Посылаемая к Луне телевизионная передающая камера высокой четкости, разработанная NHK, должна передавать изображение Земли, наблюдаемой с Луны, и лунной поверхности. SELENE должна также передавать «космические кинофильмы» такие, как восход Земли из-за лунного горизонта. 12 ИНДИЯ Индийский космический аппарат Chandrayaan-1 планируется к запуску в конце 2007–начале 2008 гг. Спутник будет размещен на орбите вокруг Луны и имеет срок службы два года. Аппарат будет нести высокочувствительный масс-спектрометр, видеокамеру и радиолокационный высотомер. Это устройство в начале полета будет отделено около Луны от спутника. Оно предназначено для удара о поверхность Луны в пределах заранее определенного местоположения далеко от посадочной площадки. Бортовой масс-спектрометр попытается обнаружить допустимое присутствие следов газов в лунной экзосфере, выявить минералогический состав лунной поверхности КИТАЙ Луо Джe, заместитель начальника Национальной космической администрации Китая, во время недавнего визита в США сказал, что Chang’e является первым шагом в амбициозной программе наблюдений Луны. Луо заявил, что Китай также намерен посадить вездеход на поверхности Луны в 2012 г., с последующей программой полета по автоматизированному взятию образца лунного грунта и возвращению в 2017 г. По сообщениям, Chang’e I будет иметь на борту стереосистему фотоаппаратов для картографирования лунной поверхности, высотомер для измерения расстояния между космическим кораблем и лунной поверхностью, рентгеновский и гамма спектрометр для изучения общего состава и выявления радиоактивных компонентов грунта Луны, СВЧ радиометр для отображения толщины лунного реголита, и систему космических подсистем мониторинга окружающей среды, чтобы собрать данные о солнечном ветре в окололунном районе. США В рамках RLEP (автоматизированная программа исследований Луны НАСА) будет осуществлен ряд автоматизированных миссий, которые проложат путь для возможного постоянного присутствия человека на Луне. Орбитальный аппарат исследования Луны (LRO) будет первым в этой последовательности RLEP запусков. Его запуск намечен в октябре 2008 г. и он будет работать по крайней мере год. Совместно с LRO намечено запустить спутник обзора и зондирования лунного кратера, конечной целью которого будет утилизация камер и спектрометров, чтобы подтвердить результаты столкновения ракетного ускорителя его последней ступени, брошенного в кратер Шеклтона, который обогащен водородом, до вскрышных работ в лунном ландшафте. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Выше отмечалось, что рациональная эксплуатация ресурсов уже освоенного космического пространства поможет решить проблему огромного потребления энергии и материалов. В частности, ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК 2007/3 почвоведение комплексное освоение рудного богатства астероидов несомненно уменьшит стоимость сырья для термоядерного синтеза. Безусловно, освоение космического богатства потребует развития высокотехнологичных производств и станет экономически выгодным при увязке не только добычи ценных материалов астероида, но и при производстве особо чистых материалов, медицинских препаратов, экологически вредных веществ и социально опасных продуктов (например, обогащенных радиоактивных материалов). Возможно, впоследствии стоит обратить внимание на сбор космической пыли (ежегодно на поверхность Земли выпадает до 106 т космической пыли), содержащейся в хвостах комет, и определение существования изотопа 32He на Меркурии и Марсе. Помимо решения серьезных технологических задач добычи, дегазации 3Не, освобождения от радиоактивности пластов пород, роботизации, следует также учесть колоссальные информационные потоки, сопутствующие организации космических полетов, технологическим процессам, осуществлению термоядерного синтеза. ЛИТЕРАТУРА 1. Капица П.Л. Энергия и физика //Успехи физических наук. 1976. Т. 118, №2. 2. Шейндлин А.Е. Энергия будущего // В мире науки. 2005. №1. 3. David L . Moon Race: U.S. Not Alone in Future Lunar Exploration http://www.space.com/adastra/060426.html. 4. Kulcinksi, Cameron, Santarius, et al. Fusion Energy from the Moon for the 21st Century. Fusion Technology Institute, University of Wisconsin, 1988. 5. Flinn E.D. Solving Settlement Problem: Dealing with Moon Dust. http://www.space.com/adastra/adastra_ moondust_060223.html 6. Sonter M. Asteroid Mining: Key to the Space Economy. http://www.space.com/adastra/adastra/060209.html. 7. http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_fusion#Important_ fusion_reactions 8. http://cfa-www.harvard.edu/iau/lists/InnerPlot.html (график внутренних планет и астероидный пояс). 9. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/mission/near/near_ eros_descent.html (рисунок Эрота перед «посадкой» космического аппарата). ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК 2007/3 13
