Как добывают лунный грунт
Есть такой космический термин (и название абажура в Икее) — реголит. Так называют остаточный грунт, который является продуктом космического выветривания породы. То есть такое название применимо к любому грунту, который есть на других планетах, но в основном его используют именно для лунного.
Технически в заборе лунного грунта нет ничего сложного. Главное, добраться до поверхности нашего спутника. Когда модуль садится на нее, остальное является делом техники. Забор производится или с поверхности спутника, или из небольшой скважины, которая бурится на поверхности. Объем забора составляет, как правило, несколько килограмм. Больше и собрать проблематично, и увезти сложно. Но и этого обычно бывает достаточно для проведения опытов и экспериментов.
Можно ли добывать полезные ископаемые в космосе
Наша планета не бесконечна во всех смыслах. Через миллиарды лет ее поглотит заканчивающее свой век Солнце. Возможно, еще раньше ее расколет огромный метеорит. И уж точно намного раньше обоих этих событий мы высосем из недр нашей планеты все ценные ресурсы. Учитывая происхождение космических объектов и то, что там никто никогда ”не копал”, можно только догадываться, какие сокровища скрыты под их поверхностью.
Сейчас США задались целью наладить добычу ископаемых на нашем спутнике. Конечно, это вопрос не ближайшей пары лет, но в перспективе именно это государство может получить безграничный доступ к лунным ресурсам.
В нашем мире все устроено так, что у кого ресурсы, тот и прав. Это могут быть финансовые ресурсы, природные и энергетические. Именно в рамках борьбы за ресурсы, все страны, имеющие техническую возможность, так стараются исследовать Луну.
Какое прикладное значение может иметь решение вопроса получения неокисляемого железа?
Сколько сейчас различных металлов в человеческом обиходе? Наверное, можно подсчитать, но, думаю, и так ясно: много. А сколько люди теряют металла ежедневно, ежечасно из-за коррозии? Точное число назвать не берусь. Однако в одном из своих выступлений академик Я. Колотыркин привёл такой факт: в развитых странах коррозия «пожирает» ежегодно около десятой доли национального дохода. В масштабах нашей страны это многие миллиарды рублей.
Коррозия, словно раковая опухоль, возникая, неумолимо распространяется по всему телу металлических изделий, будь то корпус судна или кузов автомобиля, водопроводные трубы или стенки атомных реакторов. С коррозией борются. Разрабатывают различные покрытия, ищут способы замены металлов стойкими пластмассами и даже стеклом, используют так называемые ингибиторы коррозии. Но все эти меры либо слишком дороги, либо недостаточно эффективны. Металлы продолжают ржаветь. Так на Земле. А вот на Луне…
…И кто знает, может быть, не так уж далёк день, когда наряду с овеянной легендами индийской колонной из «чистого» железа появятся на Земле корабли с нержавеющими корпусами, не поддающиеся коррозии металлические трубы и атомные реакторы, и все это без всяких защитных покрытий.
Да, Луна может подарить богатства несметные. Ведь победа над коррозией сулит человечеству гораздо больше, чем если бы все лунные экспедиции установили, что на Селене есть золото».
Г. Береговой. «Космос землянам»
(Георгий Тимофеевич Береговой — лётчик-космонавт СССР, дважды Герой Советского Союза (единственный, кто удостоен первой звезды Героя за Великую Отечественную войну, а второй — за полёт в космос).
Заслуженный лётчик-испытатель СССР, генерал-лейтенант авиации, кандидат психологических наук, Лётчик-космонавт СССР № 12. Лауреат Государственной премии СССР (1981)).
Эксперименты повторялись.
«Никто не представлял, что под действием потока протонов – «солнечного ветра» – там происходят такие процессы. Потом мы смоделировали их в лаборатории. Взяли металлическую чушку, отполировали её, протонной пушкой написали на ней слово «МИР» и вставили на 10 минут в пары «царской водки». Когда вынули её, увидели, что абсолютно все проржавело, кроме слова «МИР». Удивительная вещь! Вообще Луна таит в себе ещё много загадок. Сейчас мы написали книгу «Луна под микроскопом», которую надеемся выпустить к 75-летию нашего института. Теперь мы знаем, что в эволюции магматизма Земли и Луны различия колоссальные! Например, в числе лунных минералов нет ни одного минерала платиновой группы, а на Земле их шесть! Мы задумались, почему так? Может, просто их пропустили? И взяли грант под изучение рудных минералов Луны и скрупулёзно исследовали образцы ещё раз».
Академик О. А. Богатиков.
Академик Олег Алексеевич Богатиков — российский учёный-геолог, действительный член Российской академии наук (1991), лауреат Государственной премия Российской Федерации (1997), специалист в области магматической геологии, петрографии, петрологии и сравнительной планетологии, один из авторов открытия №219: «Свойство неокисляемости ультрадисперсных форм простых веществ, находящихся на поверхности космических тел».
* * *
А на этом открытия не закончились. На сегодняшний день в лунном грунте обнаружены как новые для Луны, так и ранее неизвестные в природе ультрадисперсные (нано- и микроразмерные) минеральные фазы.
Помимо ранее уже выявлявшихся минералов, в лунном реголите было обнаружено тридцать одна новая для Луны ультрадисперсная (нано- и микроразмерная) минеральная фаза, в числе которых самородные металлы и сплавы, такие как Zn, Ag, Au, Sb, Re, W, Pb, (Cu,Au,Ag)4Zn, Cu6Sn5; сульфиды — акантит, гринокит, вюрцит, сульфид меди и арсеносульфид меди; галогенид — флюорит, оксиды — пирохлоры, перовскит, эсколаит, перренат калия, гидрооксиды Al и Fe; сульфаты — барит, целестин, сульфаты кальция и меди; карбонат – бастнезит, а так же высокоуглеродистое кислородосодержащее вещество в виде плёнки (C-O плёнка).
Кроме того, впервые в лунном реголите выявлены двадцать две ранее неизвестные в природе минеральные фазы, в числе которых самородные металлы и сплавы Mo, Ce, Cu4Ni, Fe73Cr16Ni11, Fe3Sn, Ta2Mo; сульфид AuS; галогениды RhI3 и SbF3; оксиды Gd и Re, SrCe2Al6ZrO15, титанаты Ca и Mn, оксихлориды Ba и Sb.
Что представляет собой лунный реголит
Впервые был детально изучен реголит Луны, доставленный в земные лаборатории советскими и американскими космическими аппаратами. Он был отобран преимущественно из “морских” впадин Луны — моря Изобилия, и лишь два образца взяты из континентальной области.
Лунный реголит представляет собой пыле-песчаный порошок серого (в континентальной области), темно-коричневого и черного (в морских областях) цвета, имеющий специфический запах гари и легко формирующийся в отдельные рыхлые комки.
Несмотря на то, что настоящих морей на Луне нет, отдавая дань традиции мы по прежнему называем более темные участки поверхности Луны — морскими областями. Подробнее об этом
Реголит рыхлый, по крайней мере его верхний слой мощностью до 0,6 м. Об этом свидетельствуют результаты бурения
американскими астронавтами, их непосредственные наблюдения, а также характер следов, оставленных «луноходами» на поверхности Луны.
Реголит в основной массе состоит из частиц горных пород, минералов, стекол размером от 1 до 0,5 мм и меньше. Выделяются две разновидности частиц: угловатые и окатанные. Последние носят следы оплавления, спекания и похожи на стеклянные и металлические капли.
Из чего состоит лунный реголит
В составе реголита встречаются зерна следующих минералов: анортита, авгита, ильменита, плагиоклаза, пироксена, оливина, шпинели. Первые три минерала преобладают в составе реголита морских впадин, тогда как в реголите материковой области преобладают плагиоклазы, пироксены и оливин. Частицы металлического железа чаще встречаются в материковом реголите и значительно реже в морском.
Помимо основной тонкообломочной массы в состав реголита входят и крупные обломки размером от нескольких сантиметров до нескольких метров. Они имеют угловатую или округленную форму и неравномерно рассеяны по поверхности; большая их часть углублена в грунт. Обломки представляют собой раздробленные породы, выброшенные из более глубоких слоев в результате ударов метеоритов, а возможно, и вулканические бомбы. Их состав преимущественно базальтовый.
На основании изучения состава реголита, доставленного из различных районов Луны, было определено, что морские впадины сложены базальтовыми породами, а континентальные области — породами, представляющими собой анортозиты. И те, и другие в целом по химическому составу близки к аналогичным земным породам.
Мощность реголита, по-видимому, неодинакова в разных районах и на разных участках. Она зависит главным образом от глубины раздробленности пород метеоритными кратерами и глубины переработки процессами выветривания. По данным станции «Луна-16», мощность реголита в Море Изобилия равна 5,3 м, а в горах у Моря Кризисов, по данным «Луны-20», — 11 м. Однако, возможно, она может быть и больше.
Лунный реголит как он есть
Реголит на Марсе
На Марсе есть, хотя и очень разреженная, но все же атмосфера (и криолитосфера), вследствие чего на этой планете могут идти одновременно процессы как образования обычных осадочных пород ледникового и ветрового происхождения, так и образования реголита.
Тем не менее, верхняя часть поверхностного слоя Марса явно представлена реголитом — раздробленной и измененной различными процессами первичной породой.
По изменениям тепловой энергии марсианского реголита оказалось возможным определить средний размер частиц, составляющих его основную массу. Он колеблется от 1 до 10 мм. В целом породы сильно раздроблены, их плотность равна 0,85—2 г/см3. Напомним, что плотность земных пород от 2,5 до 3,3 г/см*.
Марс издавна был известен своим красным цветом. Реголит Марса состоит из железистых соединений, возникших при разрушении базальта и метеоритного вещества. Это могут быть богатые железом глины или гидраты окислов железа — гётит и лимонит. Кроме железа в составе мелкозернистой части грунта имеются кремний, кальций, алюминий, магний, сера и титан.
В результате ветровой деятельности реголит Марса во многих месторождениях разрушается или засыпается пылью. Отдельные районы Марса, как, например, равнина Большого Сирта, имеющие особенно темный цвет, по-видимому, совершенно лишены реголита, так что на поверхности обнажаются черные коренные базальты. Более интенсивно, чем на Луне, идут процессы гравитационного перемещения материала.
Таким образом, по характеру развития поверхностных отложений планеты земной группы делятся на три типа:
- на которых происходит седиментация (отложение) осадочных пород (Земля)
- на которых происходит образование реголита (Меркурий, Луна)
- промежуточные, к которым относится Марс и, возможно, Венера.
Список источников литературы
земной шар
Аллювиальный гравий на Аляске
Реголит Земли включает следующие подразделения и компоненты:
- почва или педолит
- аллювий и другой переносимый покров, в том числе переносимый эоловыми , ледниковыми , морскими и гравитационными процессами.
- «сапролит», как правило, делится на
- верхний сапролит : полностью окисленная коренная порода
- нижний сапролит : химически восстановленные частично выветрившиеся породы
- сапрок : трещиноватая коренная порода с выветриванием, ограниченным краями трещин.
- вулканический пепел и лава
-
duricrust . Он образуется в результате цементации грунтов, сапролитов и транспортируемого материала глинами , силикатами , оксидами и оксигидроксидами железа , карбонатами и сульфатами , а также менее распространенными агентами в уплотненные слои, устойчивые к атмосферным воздействиям и эрозии.
- подземные воды — и водосодержащие соли .
- биота и полученные из нее органические компоненты.
Мощность реголита может варьироваться от практически полного отсутствия до сотен метров. Его возраст может варьироваться от мгновенного (для только что отложившегося пепла или аллювия) до сотен миллионов лет (реголит докембрийского возраста встречается в некоторых частях Австралии).
Реголит на Земле возникает в результате выветривания и биологических процессов ; если он содержит значительную долю биологических соединений, его более условно называют почвой. Люди также называют различные типы земного реголита такими названиями, как грязь , пыль , гравий , песок и (во влажном состоянии) грязь .
На Земле наличие реголита является одним из важных факторов для большей части жизни , поскольку немногие растения могут расти на твердой скале или внутри нее, и животные не смогут зарыться или построить укрытие без рыхлого материала.
Реголит также важен для инженеров, строящих здания, дороги и другие строительные работы. Механические свойства реголита значительно различаются и должны быть задокументированы, если конструкция должна выдерживать суровые условия эксплуатации.
Реголит может содержать многие месторождения полезных ископаемых, например, минеральные пески, и месторождения латеритного никеля , среди прочего. В другом месте понимание свойств реголита, особенно геохимического состава, имеет решающее значение для геохимических и геофизических исследований залежей полезных ископаемых под ним. Реголит также является важным источником строительного материала, включая песок, гравий, щебень , известь и гипс .
Реголит — это зона, через которую происходит подпитка водоносных горизонтов и через которую происходит разгрузка водоносных горизонтов. Многие водоносные горизонты, такие как аллювиальные водоносные горизонты, полностью находятся в пределах реголита. Состав реголита также может сильно влиять на состав воды из-за присутствия солей и веществ, выделяющих кислоту.
Исследователи о цвете лунного грунта:
«При первом осмотре лунного грунта возникло сомнение в целесообразности цветных съёмок — грунт был нейтрального серого цвета. Но когда части породы в герметичных контейнерах через специальные выносные шлюзы были перенесены в исследовательский бокс, при рассматривании вещества через микроскоп мы увидели много разноцветных мелких зёрен. Одни имели цвет бирюзы, другие — янтарно-жёлтый, были и красноватые, зеленоватые оттенки. Весьма интересны обнаруженные в грунте в большом количестве мелкие, блестящие, как бы отполированные, шарики, — застывшие расплавленные стеклянные капли».
Исследования советского лунного грунта продолжаются, происходят новые открытия, ставятся эксперименты в области металловедения, минералогии, разрабатываются механизмы формирования минералов на космических объектах, новые методы и способы обработки металлов, что может пригодиться в будущем при создании космических станций и поселений. И решающая роль в этих исследованиях принадлежит советским и российским учёным.
«Показательно, что на одной из научных конференций в Хьюстоне американские специалисты признали: открытие советских учёных — это наиболее значительное из всего, что дала Луна на сегодня человечеству».
Г. Береговой. «Космос землянам»
А как же американцы с их 382 кг лунного грунта от миссий «Аполлон», часть которых отобрана геологом Харрисоном Шмиттом, участвовавшем в последней экспедиции «Аполлон-17»? Теоретически, пробы, отобранные специалистом-геологом, должны быть для науки гораздо интереснее, чем пробы, собранные вслепую советскими АМС «Луна-16», «Луна-20» и «Луна-24». Да и количество доставленного грунта предлагает большее разнообразие горных пород.
Но об этом в следующем материале.
В предыдущем материале:
Луна
Этот знаменитый снимок, сделанный во время Аполлона-11, показывает тонкую порошкообразную текстуру лунной поверхности.
Реголит покрывает почти всю лунную поверхность, коренные породы выступают только на очень крутых стенах кратеров и иногда в лавовых каналах . Этот реголит сформировался за последние 4,6 миллиарда лет в результате столкновения больших и малых метеороидов , постоянной бомбардировки микрометеороидов, а также солнечных и галактических заряженных частиц, разрушающих породы на поверхности.
Удар микрометеоритов, иногда движущихся со скоростью более 96 000 км / ч (60 000 миль в час), генерирует достаточно тепла, чтобы расплавить или частично испарить частицы пыли. Это плавление и повторное замораживание сваривает частицы вместе в стекловидные агглютинаты с зазубренными краями , напоминающие тектиты, найденные на Земле .
Мощность реголита обычно составляет от 4 до 5 м в кобылах и от 10 до 15 м в более древних районах. Ниже этого истинного реголита находится область глыбовой и трещиноватой коренной породы, созданная более крупными ударами, которую часто называют «мегареголитом».
Плотность реголита на Apollo 15 посадки ( ) составляет в среднем около 1,35 г / см 3 для верхних 30 см, и ее составляет примерно 1,85 г / см 3 на глубине 60 см.
Относительная концентрация различных элементов на поверхности Луны
Термин « лунный грунт» часто используется как синоним «лунного реголита», но обычно относится к более мелкой фракции реголита, которая состоит из зерен диаметром один сантиметр или меньше. Некоторые утверждали, что термин « почва » неверен в отношении Луны, потому что почва определяется как имеющая органическое содержание, тогда как на Луне их нет. Однако стандартное употребление лунных ученых — игнорировать это различие. «Лунная пыль» обычно означает даже более мелкие материалы, чем лунный грунт, фракция которого составляет менее 30 микрометров в диаметре. Средний химический состав реголита можно оценить по относительной концентрации элементов в лунном грунте.
Физические и оптические свойства лунного реголита изменяются в результате процесса, известного как космическое выветривание , которое со временем темнеет реголит, заставляя кратерные лучи блекнуть и исчезать.
На ранних этапах программы посадки Аполлона на Луну Томас Голд из Корнельского университета и член Научно-консультативного комитета президента выразили обеспокоенность тем, что толстый слой пыли в верхней части реголита не выдержит вес лунного модуля и что модуль может утонуть под поверхностью. Однако Джозеф Веверка (также из Корнелла) указал, что Голд неверно рассчитал глубину лежащей сверху пыли, которая составляла всего пару сантиметров. Действительно, реголит оказался довольно прочным с помощью роботизированного космического корабля Surveyor , предшествовавшего Аполлону, и во время приземления Аполлона астронавты часто считали необходимым использовать молоток, чтобы вбить в него инструмент для отбора проб .
Современная лунная программа
В 2021 году Россия возобновит лунную программу, причем некоторые включенные в нее идеи перекликаются с советскими. В частности, как и во времена СССР, общая концепция подразумевает исследование естественного спутника Земли сначала автоматическими и орбитальными аппаратами. Только после этого на Луну в экспедицию должен полететь человек, а в дальнейшем планируется возведение обитаемых баз.
Так, в 2021 году на поверхность естественного спутника Земли с космодрома Восточный отправится автоматическая станция «Луна-25». Планируется, что аппарат осуществит посадку недалеко от кратера Богуславского и проведет исследования в районе Южного полюса Луны. В 2024 году Роскосмос планирует отправить на орбиту к естественному спутнику Земли аппарат «Луна-26». Затем будет запущен тяжелый аппарат «Луна-27», который начнет бурение реголита и проведет научную работу на поверхности.
Первая высадка космонавтов на поверхность Луны запланирована на 2030 год. Члены экипажа, как это предполагалось в советское время, в первую очередь проведут эксперименты на поверхности — прикладные научные исследования.
После этого планируются регулярные миссии на Луну и развертывание там постоянной базы. Правда, если в программе СССР их должно было быть несколько, то сейчас РФ рассматривает только одну и развернуть ее планирует к 2035 году. Во время регулярных миссий на поверхности естественного спутника Земли будут размещены «ретрансляторы, энергетические модули, роботизированные системы», говорится в материалах, представленных ЦНИИмаш.
Еще одна инициатива Роскосмоса, которая необходима для обеспечения работы обитаемых баз, — своеобразный симбиоз советского «парома» и «челнока» — лунный лифт. Как пояснил ранее генеральный директор госкорпорации Дмитрий Рогозин, это будет аппарат, который отделяется от корабля, находящегося на лунной орбите, обеспечивает безопасную мягкую посадку, а по окончании миссии взлетает с поверхности, выходя на орбиту Луны, производит стыковку с кораблем, разгон и отрыв от орбиты Луны и возвращение на Землю.
Также российские ученые предлагают в конце 2020-х — начале 2030-х годов начать строительство на Луне астрофизических обсерваторий. В апреле 2019 года Рогозин предположил, что наилучшим местом для размещения научной базы является обратная сторона Луны, поскольку «там полный ноль индустриальных шумов». Как следует из опубликованных на сайте госкорпорации материалов, Советский Союз также собирался размещать научную базу на естественном спутнике Земли.
В этот раз вести освоение Луны РФ собирается не одна. В конце июля генеральный директор Роскосмоса Дмитрий Рогозин отметил, что Россия будет вести освоение Луны и строительство научной базы на естественном спутнике Земли вместе с Китаем.
Обмен лунным грунтом
Как я уже сказал в начале, вполне можно получить пробы лунного грунта, никуда не летая. На Земле их достаточно. Те же США не откажутся поделиться этими пробами с Китаем. Будет обсуждение, стороны выбьют для себя выгодные условия и заветный контейнер пересечет Тихий океан. Вот только что будет в том контейнере?
Это там бескрайние просторы. Сюда мы можем привезти только пару килограмм.
Так как на кону стоит не просто сиюминутная выгода, а стратегическое преимущество, американская сторона может постараться дезориентировать Китай. Для этого достаточно просто передать грунт, собранный в ”нужном” месте поверхности Луны. Также можно заранее очистить или подготовить его перед передачей, чтобы он показал исследователям то, что выгодно персональным хозяевам породы.
Китайцы не дураки и понимают, что должны сами добыть то, что им нужно. Кроме этого, они смогут лишний раз отработать свою лунную программу и добиться того, чтобы их корабли проекта ”Чанъэ” смогли нормально прилуниться, выполнить задание и вернуться на Землю. На этот год запланирован запуск шестого корабля этой программы, который и должен будет наконец-то привезти на территорию Китая то, что нужно ее исследователям.
Если пробы покажут, что смысл в добыче чего-либо на Луне есть, то будет готовиться другая программа — программа добычи. Пока еще не поздно сделать ставки и озвучить свой прогноз того, как это будет. В нашем Telegram-чате все прогнозы будут надежно зафиксированы.
При этом, конечно, никто не потащит с Луны нефть тоннами, да и нет ее там, зато редкие металлы, вроде платины, если получится их найти, вполне можно привезти. Их можно получить и на Земле, вопрос в том, сколько их на нашем спутнике. Если те металлы, которые добываются по одному грамму на нашей планете, на ее спутнике чернеются просто ковшами, в такой разработке определено есть смысл. И Китай не хочет упускать свои шансы еще дальше продвигаться на пути становления сверхдержавы.
Вот вроде она просто серая, но все равно красивая.
Чем реголиты Луны отличаются от осадочных пород Земли
Нам кажется, что условия других планет куда суровее, чем на Земле, верно? Но, что верно для человечества и жизни вообще, не слишком верно для неодушевленной материи. В самом деле – атмосфера, гидросфера и биосфера нашей планеты это весьма “агрессивная” среда для геологических образований. В исторических масштабах поверхность Земли – настоящий “кипящий котел” – русла рек меняют положение, горы поднимаются и разрушаются, море то поглощает целые области, то отступает обнажая дно.
Наличие атмосферы, гидросферы и биосферы у нашей планеты, способствуют образованию на ее поверхности мощных толщ осадочных пород. Исследования поверхности небесных тел, не имеющих атмосферы, гидросферы и биосферы, таких как Меркурий, Луна и спутники Марса — Фобос и Деймос, показали, что на них нет и “осадочного чехла” пород, подобных земному.
В то же время их поверхность покрыта слоем своеобразных рыхлых пород, получивших название «реголиты». Их образование происходило и происходит в настоящее время под действием метеоритной бомбардировки, ультрафиолетовых лучей, солнечного ветра и температурного выветривания.
Первые три фактора не характерны для Земли, т. е. ее поверхность защищена от их влияния мощным слоем атмосферы. Для небесных тел, не имеющих атмосферы, они являются решающими в преобразовании их поверхности.
Реголит – чтоб представить себе, что это такое, представьте себе горку пыли или сухого цемента. Почти не отличишь!
