Ідеї про міста на Місяці знову стали популярними після відкриття запасів водяного льоду в його полярних кратерах. Але новий аналіз показує: навіть якщо на Місяці є мільярд тонн води, цього недостатньо для стійкого існування великого міста. Про це йдеться в роботі, опублікованій у журналі Frontiers in Space Technologies, на яку звертає увагу видання Universe Today.
Місяць як «восьмий континент» і мрії мільярдерів
У 1950–1960-х роках, на зорі космічної ери, ідея міських поселень на Місяці здавалася майже неминучою. Письменник Артур Кларк описував надувні куполи, що розростаються в міста, а проєкт американської армії Horizon серйозно розглядав створення військово-наукової бази на Місяці.
Сьогодні, коли відомо, що в перманентно затінених областях (PSR) поблизу полюсів зберігається давній водяний лід, мрії про місячні колонії знову ожили. Деякі відомі мільярдери говорять про перенесення важкої промисловості на Місяць або про «саморозростаючі» міста. Часто Місяць описують як наш «восьмий континент» із нібито майже необмеженими ресурсами.
Але автори нової статті — астрофізик Мартін Елвіс (Martin Elvis) зі Смітсонівської астрофізичної обсерваторії та Джонатан Макдавелл (Jonathan McDowell) з Центру космічних досліджень Даремського університету — показують, що такі уявлення надто самовпевнені. Ключове обмеження — вода.
Енергії вистачить, а от з водою все складно
Дослідники розглядають сценарії, в яких на Місяці живе значна частка людства — принаймні 1% населення Землі, тобто близько 80 мільйонів людей. Вони оцінюють, чи вистачить для цього енергії та води.
З енергією ситуація виглядає відносно оптимістично. Корисні запаси льоду зосереджені на дні затінених кратерів поблизу полюсів, тоді як їхні краї майже постійно освітлені Сонцем. На цих гребенях можна встановлювати високі вертикальні сонячні панелі, які обертаються, відстежуючи Сонце. Автори також розглядають можливість використання ядерної енергії.
Розрахунки Елвіса і Макдавелла показують, що за умови, що промисловість споживає не більше ніж удвічі більше енергії, ніж населення, до мільйона людей можна забезпечити енергією за допомогою сонячних або ядерних установок. Для кількох мільйонів мешканців, на їхню думку, знадобився б уже термоядерний синтез. Тобто енергія — не головний ліміт.
Натомість вирішальним фактором стає вода: її потрібно не лише добути, а й розтопити, доставити, а головне — максимально ефективно переробляти.
Скільки води на Місяці і як швидко її можна вичерпати
Оцінки запасів водяного льоду в перманентно затінених областях сильно різняться. Наприклад, кратер Шеклтон біля південного полюса, діаметром 21 км, за однією з робіт 2007 року може містити від 1,6 до 4,5 мільйона тонн льоду — розкид дуже великий. До того ж далеко не весь лід буде технічно доступний для видобутку.
Автори беруть для розрахунків часто згадувану в літературі оцінку: 1 мільярд тонн водяного льоду у перманентно затінених регіонах. Вони підкреслюють, що це «щедра» базова цифра.
На тлі Землі це мізер: наша планета має близько 1,4 × 10¹⁸ тонн води. Але навіть цей «мізер» на Місяці здається великим, доки не порахувати потреби.
Вода потрібна для пиття, приготування їжі, виробництва кисню для дихання, вирощування рослин, а також як сировина для ракетного палива. Для особистого споживання автори беруть орієнтир у 125 тонн води на людину на рік (за оцінками для дорослого в США). Проте основний «апетит» — це сільське господарство.
За даними Світового банку, щоб прогодувати одну людину, потрібно від 2 до 5 тонн води на день (2 000–5 000 літрів). Це дає 730–1825 тонн на рік на людину, тобто приблизно у 6–15 разів більше, ніж пряме особисте споживання.
Якщо виходити з цих діапазонів і не враховувати переробку, місто з населенням 1 мільйон людей витратило б мільярд тонн місячної води приблизно за 2,4 року.
Роль переробки води: уроки МКС
Звісно, на Місяці воду не можна буде витрачати так вільно, як на Землі. Критично важливою стає ефективність її переробки. Людство вже має певний досвід: на Міжнародній космічній станції працює найефективніша система рециркуляції води з будь-коли створених.
До 2023 року МКС досягла приблизно 94% ефективності переробки. За розрахунками Елвіса і Макдавелла, при такому рівні втрат місто з мільйоном мешканців вичерпало б мільярд тонн води за близько 40 років. Для проєкту такого масштабу це занадто короткий термін існування.
У 2023 році ефективність системи МКС підняли до 98%. Здається, що це лише кілька відсотків, але фактично втрати води скоротилися утричі. Якщо припустити, що місячна база досягне подібного рівня, то місто з 1 мільйоном людей витратить мільярд тонн води приблизно за 100 років.
Автори вважають, що для настільки дорогого і складного проєкту століття — це все одно замало, щоб говорити про справді довгострокове, «стале» поселення поза Землею.
Натомість менше місто на 100 тисяч людей при такій самій ефективності могло б існувати близько 1000 років. Цей часовий горизонт вони вже пропонують вважати достатнім, щоб говорити про відносну стійкість.
Яким може бути реалістичне населення Місяця
Навіть за оптимістичних сценаріїв переробки води, спосіб життя на Місяці доведеться радикально змінювати. Менш водомістке сільське господарство, низьком’ясна або безм’ясна дієта, можливо, відмова від традиційного тваринництва — усе це потенційні шляхи зменшення споживання.
Теоретично воду можна було б імпортувати з інших джерел, наприклад із багатих на лід астероїдів, але масштаби такої логістики виходять за межі цієї роботи. Інший варіант — знайти на Місяці додаткові, поки що невідомі резервуари води, наприклад підповерхневі. Якщо виявиться, що запасів удвічі більше, то й час існування поселень подвоїться. Але поки це лише припущення.
З огляду на нинішні дані, Елвіс і Макдавелл вважають найбільш імовірним сценарій, у якому на Місяці живе близько 1000 людей — щось на кшталт «місячного селища», порівнянного з зимовою чисельністю персоналу в Антарктиді. За таких масштабів можна відносно вільно користуватися водними ресурсами.
Якщо ж населення зросте до 100 тисяч, попереджають автори, до води доведеться ставитися вже вкрай обережно, а будь-які плани мегаполісів на десятки мільйонів мешканців виглядають нереалістичними без відкриття нових великих джерел води.
Потрібне управління ресурсами, а не «хто перший, того й вода»
Окрім технічних питань, дослідники наголошують на необхідності глобального управління місячними водними ресурсами. На їхню думку, людство не може дозволити собі підхід «хто перший, того й вода» щодо видобутку льоду в перманентно затінених областях.
Елвіс підсумовує, що якщо амбітні плани космічних мільярдерів колись і стануть реальністю, то першим кроком має стати пошук додаткових запасів води. Без цього Місяць, найімовірніше, залишиться місцем для невеликих науково-промислових поселень, а не для гігантських міст.