Guinguette Marais Poitevin

Pasjonaci górnictwa księżycowego byli w tym tygodniu szczególnie radośni, gdy naukowcy stwierdzili, że znaleźli ostateczny dowód na istnienie lodu wodnego na powierzchni Księżyca. Lodu wodnego jest tam nawet więcej niż myśleliśmy i wiemy dokładnie, gdzie znajduje się jego duża część. To może jeszcze bardziej ułatwić wydobycie tej wody w przyszłości.

Na długo przed tym odkryciem, naukowcy byli chętni do zbierania wody, która może czaić się na powierzchni Księżyca. Jest to zasób, który może być niezwykle cenny dla przyszłych długoterminowych misji na Księżycu, ponieważ woda jest niezbędna do funkcjonowania życia tutaj na Ziemi. Mogłaby ona być przetwarzana w księżycowym habitacie lub używana do picia wody lub kąpieli. Mogłaby być również wykorzystywana do uprawy roślin na Księżycu, które są potrzebne do odżywiania przyszłych mieszkańców Księżyca.

Ale być może największym i najbardziej bezpośrednim zastosowaniem wody księżycowej jest produkcja paliwa rakietowego. Główne składniki wody – wodór i tlen – to dwa z największych materiałów, które są obecnie używane do napędzania rakiet. Wytwarzanie paliwa rakietowego z wody na Księżycu mogłoby drastycznie obniżyć koszty ambitnych misji w kosmosie. Obecnie rakiety opuszczające Ziemię muszą zabierać ze sobą cały potrzebny im materiał pędny. Jednak dzięki wykorzystaniu księżycowego lodu, rakiety mogłyby tankować paliwo po dotarciu w kosmos, co pozwoliłoby im dotrzeć w odległe miejsca za mniejsze pieniądze.

„Pomysł polegałby na uruchomieniu pewnego rodzaju łańcucha dostaw poza Ziemią dla pewnych produktów – w szczególności dla wody jako materiału pędnego – tak, aby nawigacja w kosmosie z jednego ciała do drugiego była znacznie łatwiejsza”, mówi Julie Brisset, pracownik naukowy Florida Space Institute, w rozmowie z The Verge.

Wynoszenie czegokolwiek w kosmos jest kosztowne. Jeśli chcesz, aby twój satelita uwolnił się od ziemskiej grawitacji, potrzebujesz dużo paliwa, aby napędzić podróż na orbitę. W rzeczywistości, większość masy rakiety przy starcie to właśnie paliwo potrzebne do wyniesienia jej w przestrzeń kosmiczną. A im głębiej w kosmos chcesz polecieć, tym więcej paliwa potrzebujesz. Większa energia jest potrzebna, aby oddalać się coraz bardziej od siły przyciągania naszej planety. Tak więc misje w głębszą przestrzeń kosmiczną stają się jeszcze bardziej kosztowne, aby zapłacić za cały dodatkowy propelent potrzebny do dotarcia tam i za większą rakietę, która pomieści ten propelent.

A co jeśli zamiast zabierać cały potrzebny propelent z Ziemi, napełniasz swój zbiornik paliwa propelentem, który jest już w przestrzeni kosmicznej? Wtedy misje w głębokiej przestrzeni kosmicznej stałyby się bardziej podobne do podróży drogowych. „Wyobraź sobie, że musisz jechać do Denver, a po drodze nie ma żadnych stacji benzynowych i musisz przywieźć całą benzynę z Nowego Jorku”, mówi George Sowers, profesor w Colorado School of Mines i były wiceprezes United Launch Alliance, w rozmowie z The Verge. „Prawdopodobnie nie mógłbyś tego zrobić w swoim samochodzie. Musiałbyś holować całe potrzebne paliwo”. Właśnie dlatego idea górnictwa księżycowego jest tak kusząca. Woda z Księżyca mogłaby być wydobywana, rozbijana na paliwo rakietowe i transportowana do składu materiałów pędnych albo w pobliżu Księżyca, albo na niskiej orbicie okołoziemskiej. Wtedy rakiety nie musiałyby być tak duże, by pomieścić cały swój materiał pędny. Mogłyby po prostu zadokować do magazynu i uzupełnić paliwo na dłuższe podróże w kosmos.

Transport paliwa z Księżyca do innych miejsc w kosmosie nie jest tak kosztowny jak transport z Ziemi. Księżyc ma jedną szóstą grawitacji ziemskiej, co oznacza, że potrzeba mniej energii, aby oderwać się od jego powierzchni. Sowers przeprowadził niedawno analizę, ile kosztowałby transport księżycowego paliwa do różnych miejsc w przestrzeni kosmicznej. I tak na przykład dostarczenie księżycowej wody na niską orbitę okołoziemską jest wciąż tańsze niż wysłanie jej z Ziemi, mimo że nasza planeta jest bliżej. „Jeśli zamierzasz użyć tego paliwa na niskiej orbicie okołoziemskiej, to nadal jest to oszczędność rzędu 20 lub 30 procent, przy użyciu paliwa księżycowego w porównaniu z paliwem ziemskim” – mówi Sowers.

Naukowcy już od dziesięcioleci fantazjowali o przekształceniu wody księżycowej w paliwo rakietowe, ponieważ pojawiły się dowody na to, że bieguny księżycowe mogą być idealne do wydobycia. W 1994 r. wspólna sonda NASA i wojska amerykańskiego o nazwie Clementine znalazła dowody na istnienie wody w kraterach na biegunach Księżyca. Miejsca te nigdy nie widzą światła słonecznego i nie osiągają temperatur powyżej -250 stopni Fahrenheita. Liczne misje na Księżyc od tamtego czasu wskazywały, że woda może być obecna również w tych miejscach. W 2009 roku NASA skierowała sondę kosmiczną LCROSS do krateru na południowym biegunie Księżyca, aby sprawdzić, jakiego rodzaju materiały zostały wyrzucone przez uderzenie. NASA odkryła, że w tym, co zostało wyrzucone, było około 5 procent wody.

Jednakże badania opublikowane w tym tygodniu w Proceedings of the National Academy of Sciences wskazują, że niektóre obszary Księżyca mogą być przepełnione wodą. Naukowcy z University of Hawaii i Brown University przeanalizowali dane zebrane z indyjskiej sondy kosmicznej Chandrayaan-1, która wystartowała na Księżyc w 2008 roku. Używając jednego z instrumentów pojazdu, byli oni w stanie wskazać obszary lodu na Księżycu poprzez pomiar współczynnika odbicia wody. Obserwowali te miejsca również w świetle podczerwonym, co pozwoliło im określić, czy woda jest w postaci lodu, a nie pary lub cieczy. Nie tylko potwierdzili, że na powierzchni Księżyca występuje lód wodny, ale niektóre obszary gruntu składają się z 20 do 30 procent lodu. W zależności od tego, jak głęboko w powierzchnię sięga lód, może to być wystarczająca pożywka dla paliwa rakietowego.

„Naprawdę nie musimy być wszędzie tak skoncentrowani” – mówi Phil Metzger, fizyk planetarny na Uniwersytecie Centralnej Florydy i współzałożyciel NASA’s Swamp Works w Kennedy Space Center. „Potrzebujemy tylko niektórych miejsc o wyższej koncentracji, aby mieć wystarczająco dużo wody, aby zapewnić wszystkie potrzeby transportu kosmicznego przez następne 30 lat.”

Zakłady paliwowe na niskiej orbicie okołoziemskiej otwierają wiele możliwości dla nowych rodzajów misji w kosmosie. Jednym z pomysłów jest coś, co nazywa się holownikiem kosmicznym – rakieta, która pozostaje w przestrzeni kosmicznej, uzupełniając paliwo w kółko, w celu przewożenia satelitów do ich ostatecznych miejsc przeznaczenia. Obecnie, satelity wylatujące na wysokie orbity okołoziemskie są umieszczane na początkowej orbicie transferowej, a następnie spędzają od sześciu miesięcy do roku powoli wznosząc się wyżej za pomocą pokładowych silników odrzutowych. W tym czasie satelita nie może wykonywać swojej pracy, więc nie zarabia żadnych pieniędzy. Jednak dzięki holownikowi kosmicznemu satelity mogłyby być umieszczane na znacznie niższych orbitach za pomocą mniejszych rakiet, a następnie rakieta wielokrotnego użytku już w przestrzeni kosmicznej mogłaby „holować” sondę na jej docelową orbitę w ciągu zaledwie kilku dni. Dzięki temu operatorzy satelitów oszczędzają pieniądze: nie potrzebują tak dużej rakiety, aby wynieść ładunek w przestrzeń kosmiczną i mają więcej czasu na zarabianie pieniędzy na swoich sondach.

Więc tak, woda z Księżyca jako paliwo jest atrakcyjna, ale nie będzie łatwo zacząć wydobywać wodę w kosmosie. Po pierwsze, trzeba przeprowadzić szeroko zakrojoną kampanię poszukiwawczą. Dzięki badaniom PNAS naukowcy stworzyli w zasadzie mapę pokazującą, gdzie na księżycowych biegunach można znaleźć najbardziej soczyste kawałki lodu wodnego. Następnym krokiem jest wysłanie w te rejony lądowników i łazików, aby ustalić, w które miejsca najlepiej celować i jaka jest konsystencja lodu. Naukowcy wciąż nie wiedzą, czy lód jest w formie brei zmieszanej z ziemią, czy też jest jak solidne cegły stopione z innym materiałem powierzchniowym. „Wiemy jak zaprojektować sprzęt do jego wydobycia. Nie wiemy tylko, jakiego zestawu sprzętu użyć” – mówi Metzger.

Jednym z pomysłów jest nabieranie księżycowej gleby za pomocą robota kopiącego, który transportuje materiały do procesora. Procesor ten następnie oddziela lód od gleby poprzez ogrzewanie i rozbija wodę na jej podstawowe części za pomocą energii elektrycznej. Część uzyskanego w ten sposób paliwa jest następnie wykorzystywana do wystrzelenia reszty wody z Księżyca na pojeździe transportowym, wysyłającym ją do dowolnego magazynu materiałów pędnych w kosmosie.

Oczywiście, wszystko to będzie kosztowne. „Wszystko sprowadza się do analizy kosztów” – mówi Metzger. „Czy taniej jest wystrzelić paliwo rakietowe z Ziemi, czy też taniej jest wystrzelić sprzęt w kosmos jeden raz, a następnie utrzymywać ten sprzęt i używać go do ciągłego tworzenia paliwa rakietowego w kosmosie?”. W oparciu o analizę przeprowadzoną przez Metzgera, Brisseta i Sowersa, szacują oni, że minie dekada zanim inwestowanie w górnictwo księżycowe stanie się opłacalne. Ale ponieważ górnictwo księżycowe jest tak ryzykowne, możliwe jest, że niewielu inwestorów venture capital będzie chciało od razu w nie wskoczyć.

Dlatego zespół sugeruje, że NASA powinna zaangażować się poprzez częściowe finansowanie wczesnych wysiłków rozwoju górnictwa. W ten sposób inwestorzy komercyjni będą bardziej skłonni do udziału, jeśli wiarygodna agencja rządowa będzie zaangażowana i poniesie część kosztów.

NASA nie tylko wyświadczy przysługę inwestorom: agencja kosmiczna zasugerowała, że może potrzebować do 100 ton metrycznych materiału pędnego każdego roku, aby zasilić pojazdy opuszczające powierzchnię Księżyca z bazy, zgodnie z analizą Sowersa. Gdyby trzeba było to wszystko dostarczać z Ziemi, kosztowałoby to około 3,5 miliarda dolarów rocznie. Oszczędności wynikające z produkcji paliwa księżycowego mogłyby sprawić, że misje na Księżyc i Marsa byłyby tańsze. „To obniżyłoby koszty misji na Marsa i sprawiło, że wszystko, co robimy poza Ziemią, stałoby się przystępne cenowo” – mówi Sowers. Na przykład, użycie księżycowego paliwa do tankowania rakiet obniżyłoby trzykrotnie koszt podróży na Księżyc z Ziemi, według Sowersa. To ważny szczegół, biorąc pod uwagę, że NASA chce ponownie przeprowadzić ludzkie misje na Księżyc.

„Od lat powtarzam, że woda jest olejem kosmosu”, mówi Sowers, dodając: „Jeśli plany NASA mają na celu stworzenie stałej obecności człowieka na Księżycu, pierwszą rzeczą, którą NASA musi zrobić, jest zbudowanie zakładu produkcyjnego dla materiałów pędnych.”