Бурение в космосе

lunar drilling

На ресурсе представлено описание проекта по бурению скважин на Луне. Drilling on the moon.

Принципиальная схема автоматической буровой установки для бурения разведочных скважин на Луне (космических объектах).

Буровая установка предназначена для бурения разведочных скважин на космических объектах, с отбором керна. Буровая установка производит работы в автоматическом режиме.

Рисунок 1. Буровая установка для бурения скважин на Луне (общий вид).

Бурение скважин на луне, для изучение состава горных пород лунной поверхности. Проект Geofpro moon. Обустройство Лунной базы. Для изучения состава горных пород Лунной коры, на первоначальной стадии, возможно применение различных методов: геофизические исследования,  бурение разведочных скважин с отбором керна, с последующими геофизическими исследованиями уже непосредственно в скважине, разработка горных выработок (шурфы, канавы). Бурение скважин, один из  важнейших этапов в процессе освоения Лунной поверхности. Во время бурения скважины происходит отбор образцов Лунного грунта – керна, и анализ выбуренной горной породы – шлама. Отбор керна позволит дать точное описание состава горных пород поверхности луны. По результатам бурения возможно произвести оценку физико-механических свойств Лунного грунта. В настоящее время, бурение скважин на Луне было выполнено в ходе Лунных программ США и СССР. На данный момент, длина самой глубокой скважины составляет 2 метра. Изучение свойств поверхности Луны проводилось и различными геофизическими (сейсмическими) методами. Предполагается, что на глубине до 20 м залегает Лунный реголит, ниже толща базальта, крепкой монолитной горной породы. В проекте Geofpro moon, представлены три серии буровых установок различного применения, лёгкая, средняя, и тяжёлая. Лёгкая серия, с глубиной бурения до 16 метров. Буровая установка смонтирована непосредственно на посадочном модуле. Возвращаемый модуль (спасательная камера) служит для доставки образцов горной породы на землю. Буровая установка работает полностью в автоматическом режиме. Средняя серия состоит из самоходной буровой установки, с глубиной бурения до 30 метров. Проектом предусмотрено бурение сетки разведочных скважин. Для извлечения сменного барабана с образцами горной породы используется дополнительный луноход.  На отдельном транспортном средстве расположена установка для проведения геофизических исследований в уже пробуренных скважинах. Третья часть проекта Geofpro moon предусматривает доставку на Луну более тяжёлой стационарной буровой установки с глубиной бурения до 100 м. Буровая установка оборудована всеми необходимыми узлами и механизмами для бурения скважины в автоматическом режиме. Особое внимание уделено проектированию принципиальной схемы автоматической буровой установки, её основных узлов и механизмов. Подача инструмента и передача осевой нагрузки на забой скважины осуществляется при помощи подвижного вращателя, смонтированного на мачте буровой установки. Наращивание бурильных труб, замена алмазных коронок, подача обсадных труб  происходит при помощи специального автоматического подающего устройства. Для предотвращения обрушения стенок скважины, верхние неустойчивые участки горных пород, представленных реголитом, планируется изолировать обсадной колонной. Отбор керна производиться двойной колонковой трубой со сменным керноприёмником. Буровая установка оснащена блоком АСУ ТП (автоматическая система управления технологическим процессом). Проектом предусматривается разработка компьютерных программ для управления буровой установкой и технологическим процессом. Этапы проекта Geofpro moon: сбор информации и анализ строения Лунной поверхности, разработка технологии бурения скважины и принципиальной схемы буровой установки, разработка конструкторской документации и программного обеспечения, производство тестовой версии буровой установки, испытание буровой установки в различных режимах, внесение необходимых корректировок, строительство рабочего прототипа буровой установки,7 бурение скважины на Луне, управление буровой установкой, контроль за технологическими параметрами, сбор и анализ полученной информации

Drilling wells on the moon, to study the composition of rocks of the lunar surface. Project Geofpro moon. To study the composit ion of the lunar crust rocks at the initial stage, it is possible to use various methods: 1) geophysical surveys 2) drilling of exploration wells with coring, with subsequent geophysical studies directly in the well, 3) development of mine workings (pits, ditches). Drilling wells, one of the most important stages in the process of developing the lunar surface.  While drilling a well, samples of lunar soil - core are sampled, and analysis of the drilled rock - sludge. Core sampling will provide an accurate description of the rock composition of the moon's surface. Based on the results of drilling, it is possible to evaluate the physicomechanical properties of the lunar soil. At present, wells were drilled on the moon during the lunar programs of the USA and the USSR. At the moment, the length of the deepest well is 2 meters. The study of the properties of the surface of the moon was carried out by various geophysical (seismic) methods. It is assumed that at a depth of 20 m lunar regolith occurs, below the basalt stratum, a strong monolithic rock. In the project Geofpro moon, there are three series of drilling rigs for various applications, light, medium and heavy. Light series, with a depth of drilling up to 16 meters. The drilling rig is mounted directly on the landing module. The return module (rescue chamber) is used to deliver rock samples to the ground. The rig is fully automated. The middle series consists of a self-propelled drilling rig, with a depth of drilling up to 30 meters. The project envisages drilling of a grid of exploration wells. To extract a replacement drum with rock samples, an additional moon rover is used. On a separate vehicle is an installation for conducting geophysical surveys in already drilled wells. The third part of the Geofpro moon project provides for the delivery of a heavier stationary drilling rig to the Moon with a drilling depth of up to 100 m. The rig is equipped with all the necessary components and mechanisms for drilling a well in automatic mode. Particular attention is paid to the design concept of an automatic drilling rig, its main components and mechanisms. The tool is fed and the axial load is transferred to the bottom of the well by means of a rolling rotator mounted on the mast of the drilling rig. The buildup of drill pipes, the replacement of diamond crowns, the supply of casing pipes takes place with the help of a special automatic feeder. To prevent the collapse of the borehole walls, the upper unstable areas of rocks represented by the regolith are planned to be isolated by casing. Core sampling is performed by a double core tube with a removable core receiver. The drilling rig is equipped with an automated process control system (automatic process control system) unit. The project provides for the development of computer programs for controlling the drilling rig and the technological process. Stages of the Geofpro moon project: 1) collection of information and analysis of the structure of the lunar surface, 2) development of drilling technology and concept of a drilling rig, 3) development of design documentation and software, 4) production of a test version of the drilling rig, 5) test the rig in different modes, making the necessary adjustments, 6) construction of a working prototype of a drilling rig; 7) drilling a well on the moon, controlling a drilling rig, monitoring technological parameters, collecting and analyzing the information received.

Буровая установка оборудована керноприёмным устройством (для бурения на Луне).

На шасси буровой установки расположены все необходимые узлы и агрегаты. Между блоками (белый цвет) установлен механизм для контроля температуры в рабочих органах буровой установки.

Рисунок 2. Для закрепления буровой установки на Лунном грунте предусматривается использование анкерных устройств. Главным образом они должны предотвращать смещение буровой установки, вследствии передачи крутящего момента.

Наращивание бурового инструмента происходит при помощи специального барабанного устройства.

Осевое усилие на забой скважины передаётся при помощи подвижного вращателя. Передвижение вращателя обеспечивают два электродвигателя, смонтированных на его корпусе.

Мачта буровой установки. Для управления и контроля процессов бурения скважины на Луне, буровая установка оборудованна средствами связи.

Устройство для подачи бурового инструмента к рабочим органам буровой установки.

Рисунок 3. Space (moon) drilling rig. Space robot (drilling rig).

Бурение скважин в космосе. Обустройство лунной базы.

Буровая установка для бурения скважин на Луне, Марсе (в космосе).

Буровая установка предназначена для бурения разведочных скважин на космических объектах, глубиной до 30 метров, с отбором керна. Буровая установка производит работы в автоматическом режиме.

Алмазная коронка.

Бурение скважин на Луне планируется осуществлять алмазной импрегнированной коронкой.

Двойной клонковый набор.

Бурение скважин предусматривается двойной колонковой трубой со сто процентным отбором керна.

Automatic (robot) drilling rig

По вопросам сотрудничества в области разработки техники и технологии бурения разведочных скважин в космосе обращайтесь по адресу: [email protected]

http://vk.com/geofpro

http://fecebook.com

12

up/ в начало страницы

Москва, 2019

geofpro.com

Бурильщики в космосе понадобятся еще не скоро

К выходу в прокат нового блокбастера Ридли Скотта «Марсианин» 

В ближайшие дни на экраны российских кинотеатров должен выйти новый фильм «Марсианин», снятый по одноименной книге Энди Вейера и срежиссированный легендарным Ридли Скоттом. Если Голливуд не слишком сильно изменил сюжет книги, то мы сможем насладиться отличной историей, как брошенный из-за бури на Марсе инженер-биолог лихо борется за жизнь при почти полном отсутствии кислорода, делает из двух марсоходов вагончик с прицепом и использует ядерные технологии для сугубо утилитарных целей. А главное — ежедневно побеждает голод и смерть благодаря своим знаниям, упорству и, конечно, исключительному везению. Яблоки на Марсе расти не начинают, но картошка легко осваивает марсианский грунт при помощи нехитрых законов биологии и некоторых результатов… хм, пищеварения астронавта.

Трудно предсказать, сможет ли Мэтт Деймон, который заявлен как исполнитель главной роли, исключительно на своей харизме вытащить весь фильм. Но сама книга стала отличным чтивом для тех, кто увлекается научной фантастикой и искренне радуется фильмам вроде «Интерстеллера» или «Гравитации». Там нет сказочных бластеров или Звезд смерти, а космос осваивают простые работяги, работая исключительно своими руками и головой. Ну, иногда еще и при помощи такой-то матери.

Казалось бы, нефтяникам тоже грех жаловаться на Голливуд — один  фильм «Армагеддон» чего стоит. Именно буровики-нефтяники в этом фильме спасали Землю от смертоносного астероида, из-за которого люди могли повторить судьбу динозавров. Но на поверку оказалось, что бурильные установки, которые применяли Брюс Уиллис и Бен Аффлек под саундтрек Aerosmith, — такая же клюква, как и развевающийся американский флаг при каждом акте спасения человечества в Голливуде. Если бы сейчас астероид такого размера действительно летел к Земле, то максимум, что смогли бы сделать бурильщики на текущем этапе, так это отколоть небольшой кусочек — меньше килограмма — от летящей с ужасающей скоростью глыбы.

Тем не менее, мы решили сделать небольшой обзор, на каком же действительно уровне находятся бурильные технологии в сфере космических исследований. Увы, пока до нефтяных скважин на Марсе (если даже допустить, что много миллионов лет назад там существовала органика) еще очень далеко.

Красный лед 

Четвертая планета от Солнца — Марс — называется красной вовсе не потому, что там тепло и сухо. Хотя, возможно, тепло там когда-то действительно было — ряд исследований позволяют предположить, что в далеком прошлом значительную часть планеты покрывала вода. Со временем жидкость испарилась. Красноватый же оттенок планете придает оксид железа, который образуется при сжигании  этого металла на воздухе. Как оксид появился на Марсе и не являются ли эти частицы остатками гигантского космического флота, распыленного на молекулы более мощной цивилизацией, — пока загадка.

Сейчас Марс — большая сухая пустыня, но вовсе не жаркая, а почти ледяная. Это гигантская криокамера с очень низким давлением — в 160 раз меньше земного. Хотя температура колеблется от –153 до +20 (на экваторе в полдень), средний показатель — минус 63 градуса по Цельсию.

Но даже закаленные люди и равнодушные к такому холоду буровики из-за Полярного круга без специальных скафандров там работать не смогут. В атмосфере Марса всего 0,13% кислорода. Есть немного азота и аргона, но основу атмосферы составляет углекислый газ — более 95%. Еще одна неприятность — радиация. Тоненькая атмосфера и отсутствие магнитосферы приводят к тому, что естественная защита от радиации на Марсе очень слабая. За один-два дня человек получает годовую земную норму облучения.

И это не говоря про практически полную беззащитность Марса даже перед метеоритами. Вся поверхность планеты усеяна кратерами. И, кстати, самый большой ударный кратер Солнечной системы находится на северном полушарии Красной планеты. А также не стоит забывать про пылевые бури, которые периодически практически полностью скрывают поверхность планеты.

Тем не менее, что-то туда продолжает тянуть американцев. Возможно, потому, что вода-то там все-таки есть, и хотя бы этот ресурс не нужно будет доставлять с Земли для первых межпланетных баз. Правда, спрятана она под марсианской поверхностью и заморожена.

При таких условиях, которые есть на Марсе, теоретически добыть воду посредством бурения можно уже сейчас. Но при низких температурах лед свяжет сверло прочнее, чем бетон. А заменить бур некому – людей-то нет. Нельзя управлять бурильной установкой и с Земли. Задержка связи между нашей планетой и Марсом хоть и относительно небольшая, но существует. И это значит, что если сверло застрянет, установка будет продолжать перегреваться, пока сигнал будет идти до Земли и обратно. Накроется либо движок, либо сам бур.

Пока американцы сумели пробурить на Марсе небольшую лунку глубиной где-то 10 см. Прорыв возможен лишь в будущем и связан с проектируемым марсианским аппаратом InSight. Предполагается, что он сможет пробурить скважину глубиной 6 метров. На Земле на таком уровне уже вполне можно найти воду. Но на Марсе – совсем не факт. При такой холодрыге вода будет находиться, скорее всего, в виде льда. Все бы ничего, но на Марсе при бурении лед не становится водой, как на Земле, а сразу испаряется. То есть, чтобы добыть воду, придется еще придумать некую установку, которая будет улавливать этот гейзер, убирать частицы пыли и породы, фильтровать, стравливать давление и т.п.

NASA планирует отправить InSight на Красную планету в 2016 году. Он начнет свое путешествие с авиабазы Ванденберг, которая находится самом центре царства американских айтишников — Калифорнии. Впрочем, проект международный. Будет использовать стационарный посадочный модуль, а роющие инструменты предоставят Франция и Германия. Аппарат будет находиться на площадке возле экватора Красной планеты на протяжении двух лет.

Если на Марсе когда-то были океаны, то, теоретически, там могла быть и органика. А значит — нефть и другие полезные углеводороды. Но пока даже трудно представить, какой должна быть стоимость нефти на Земле, чтобы человечество всерьез озаботилось поиском углеводородов на других планетах. Да и в принципе в космосе нет ничего, что было бы экономически эффективно везти на Землю (кроме информации), сообщил научный руководитель Московского космического клуба Иван Моисеев. «В перспективе к концу века будет выгодно разрабатывать ресурсы Луны (кислород, в первую очередь — он там в связанном виде, оксиды) для использования… в космосе. С Луны доставка существенно дешевле, чем с Земли. При наличии соответствующей инфраструктуры», — подчеркнул он.

Ночная буровая 

Если бурение Венеры, Марса и других больших планет пока экономически бессмысленно, то аналогичные работы на их спутниках — это реальная и интересная задача, уверен Моисеев.

По официальной версии, первые лунные камни собрали еще астронавты легендарного Аполло-11. Нил Армстронг и Баз Олдрин набрали почти два десятка килограммов с поверхности Луны. Собственно, на Луне же произошло и первое бурение с участием человека. С помощью совка на длинной рукоятке и ручного бура диаметром 2 см удалось взять образцы на глубине  70 см. Последние люди, побывавшие на спутнике Земли, сумели добыть образцы с глубины 3 м при помощи электрического ударного бура Apollo Lunar Surface Drill, который был сделан из титана.

Это американцы. А что же россияне? «Мы бурили на 20 см (в рамках миссий Луна-16 и Луна-20) и более чем на 2 м в ходе Луна-24», — рассказывает Иван Моисеев. Первый образец брался с поверхности Моря Изобилия. Последний раз — в августе 1976 года — были взяты три образца с поверхности Моря Кризисов. Собственно, такое сочетание морей вполне отражает эпоху лунных программ Советского Союза. Да и вообще освоения Луны Россией.

Впрочем, не сильно лучше и у американцев. В 2000-х годах NASA собиралось запустить космическую программу «Созвездие», в рамках которой должна была разрабатываться новая космическая техника и инфраструктура для обеспечения полетов на МКС и Луну, создание постоянной базы на спутнике и в перспективе — полетов на Марс. Однако её зарубил нобелевский миротворец Барак Обама, и её финансирование было прекращено в 2011 году. Была также идея отправить роботов-аватаров, которыми бы управляли люди с Земли. Это позволило бы разработать специальные костюмы виртуальной реальности. Но пока успешно идет лишь продажа участков на спутнике Земли, хотя никто так и не отменил Договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства 1967 года.

Россия сейчас собирается возобновить выполнение программы исследований Луны, но на качественно новом уровне. Еще в 2013 году представитель российского Института космических исследований Игорь Митрофанов на одной из конференций заявлял, что Луна является идеальным местом для будущих космических баз, которые станут основой для организации исследовательских полетов в дальний космос, в том числе — и на Марс. На тот момент ожидалось, что лунные миссии возобновятся уже в 2015 году. В ходе первой будут отработаны новые системы посадки, связи и технологии, используемые для обеспечения длительной работы техники в условиях космоса. Примерно в 2017 году на поверхность Луны должен опуститься аппарат, которые позволит испытать работу новой системы низкотемпературного криогенного бурения и отбора образцов пород. Затем начнется отработка доставки образцов на Землю, проверка работоспособности технологий, позволяющих наладить прямое и обратное сообщение между Землей и Луной. А где-то в 2020 году на Луну планируется доставить «Луноход-3», который сможет удаляться от места посадки на 30 км. В случае успеха будет доставлен еще один луноход, который проведет бурильные операции и доставит образцы с глубины около двух метров. Правда, не исключено, что в связи с финансовыми проблемами России из-за санкций, а также трудностями с запуском космодрома «Восточный», сроки реализации этих проектов сильно сдвинутся.

Ставшие уже мемом британские ученые готовят свою лунную миссию Lunar Mission One. Проект поддерживают ряд научных и учебных заведений Великобритании, включая Университетский колледж Лондона и Открытый университет. Они запланировали бурение Луны на глубину более 100 метров. Правда, отправить свой модуль на южный полюс Луны они планируют аж в 2024 году и собирают на проект деньги через краудфандинг. Меценаты получают возможность отправить на спутник фрагменты волос и фотографии.

Неприступная Венера и другие 

Бурение на других объектах нашей солнечной системы продвигается еще медленнее. Как и ледяной Марс, Венера — вторая соседка Земли — тоже не подарок. Только по другим причинам. Температуры свыше 500 градусов, давление в 95 атмосфер, облака, состоящие из капель серной кислоты и хлористых солей соляной кислоты, имеющие толщину порядка 20 км, кислотные дожди – вот лишь небольшой набор «сюрпризов» для тех астронавтов, которых когда-нибудь по ошибке занесет на эту планету.

Впрочем, земные бурильщики тоже когда-то пытались до нее добраться — видимо, поддавшись очарованию греческой мифологии. В начале 1980-х два советских аппарата Венера-13 и Венера-14 достигли поверхности планеты и провели там уникальные буровые операции. Алмазная буровая коронка за две минуты — это предельный ресурс для агрегата в подобных условиях — должна была вгрызться в скальный грунт на глубину 3 см. В дальнейшем оборудование было усовершенствовано. Модернизированная версия станка успешно провела бурение в другом районе планеты.

Проблема в том, что работы осуществлялись на специальных станках, которые были разработаны на Ташкентском филиале КБ общего машиностроения. Развал Советского Союза похоронил эти проекты, и сейчас не очень верится, что независимый Узбекистан когда-либо вернется к освоению ресурсов других планет.

В 2016 году может начаться разработка автоматической межпланетной станции, которая ориентировочно в середине 2020 года отправится на спутник Юпитера Европу. По некоторым версиям, под ледяной корой планеты может быть жидкий океан, где теоретически даже возможна жизнь. В середине 2014 года NASA в полевых условиях проверило работу системы теплового бурения (плавления) льда, которая, возможно, будет использоваться исследовательским аппаратом. Система получила название «Валькирия». Это криобот, которого оснастили системой на основе оптоволокна, через которое проходил лазер мощностью в 5000 Ватт. Он может проходить примерно метр в час. Установка, которая может быть отправлена на Европу, будет, очевидно, оснащена более мощной энергетической системой, поскольку придется пройти около 30 километров льда.

Совсем недавно человечество предприняло попытку повторить успех Брюса Уиллиса. Конечно, не взорвать комету, а хотя бы пробурить. Не очень успешно. Конечно, никакой игры в догонялки с кометой не было. Но гарпунная система не смогла сразу закрепить посадочный модуль «Филы», и он скакал по поверхности кометы 67Р. Затем его удалось стабилизировать, но о результатах экспедиции пока не сообщается.

Олег Семенов 

При подготовке статьи использовались материалы сайтов «Космос и жизнь» (in-space.info), Космос-журнал (cosmos-journal.ru), newsscientist.com, NASA и др. интернет-ресурсов. 

neftianka.ru

Буровая на астероиде: добыча внеземного грунта

После того как NASA было вынуждено отказаться от планов освоения Луны, на первое место в списке задач агентства вышел таинственный Марс и астероиды, космические хулиганы, то и дело угрожающие Земле своими рискованными маневрами. Важнейшим этапом их изучения будет масштабная геологоразведка. Ясное дело, альпенштоками и ручными бурами тут не обойтись.

Кометы и астероиды относятся к малоизученным объектам Солнечной системы. Отсюда понятен повышенный интерес ученых к этим зачастую непредсказуемым и смертельно опасным космическим бродягам. Первым проектом в истории их освоения, в котором на ведущих ролях выступили астрогеологи, стала миссия к комете Wild-2, стартовавшая зимой 1999 года. Автоматическую межпланетную станцию Stardust инженеры Lockheed Martin Astronautics создали специально для сбора и доставки на Землю кометного вещества.

На пути к галактической страннице Stardust немного покрутился вокруг Луны, заскочил в гости к маленькому астероиду Аннифранк и в ожидании настоящего дела поработал космическим пылесосом. Проблема сбора микроскопических образцов была решена весьма оригинально: пылинки, летящие на бешеных скоростях, ловила капсула-сачок со 132 ячейками, наполненными аэрогелем. Эта сверхтехнологичная субстанция с рекордно низкой среди твердых тел плотностью была изобретена американцем Стивеном Кистлером еще в 1931 году. Аэрогелевые ловушки работают настолько мягко, что в них не разрушаются даже хрупкие органические молекулы, «налипшие» на космические частицы. 15 января 2006 года капсула со Stardust вернулась на Землю, доставив исследователям уникальный материал в целости и сохранности.

Отправляя аппарат Stardust к комете Вильде, также известной как Wild-2, ученые ожидали увидеть на фотографиях что-то вроде запыленного черного снежка. Вместо этого перед ними предстало твердое небесное тело со сложным рельефом: пиками высотой до 100 м, кратерами глубиной до 150 м. Диаметр самого большого кратера «Левая нога» достигает километра, а по площади он составляет пятую часть поверхности кометы. В образцах пыли была обнаружена аминокислота глицин и редкий на Земле изотоп углерода.

Ученый камикадзе

В случае с кометой Темпеля NASA использовала другой геологический инструмент — довольно грубый, но эффективный. 4 июля 2005 года космический аппарат Deep Impact во время максимального сближения с телом кометы выпустил специальный зонд Impactor, представлявший собой медную торпеду, начиненную исследовательской аппаратурой. Зонд на огромной скорости столкнулся с кометой и разрушился, в результате чего произошел массивный выброс кометного вещества объемом примерно 10 000 т. Тем не менее чувствительные приборы зонда успели сделать экспресс-анализ химического состава ядра кометы. В пробах была обнаружена органика, происхождение которой до сих пор неизвестно.

В июле этого года в Западной Австралии немногочисленные аборигены могли наблюдать феерическое зрелище — огненное шоу возвращения на Землю японского зонда Hayabusa, за семь лет совершившего космическое путешествие протяженностью 2 млрд километров. Железяка размером с двухкамерный холодильник бесследно сгорела в атмосфере, но ее ценный груз — герметичная капсула с несколькими миллиграммами инопланетного вещества — благополучно приземлилась на Зеленом континенте. Японский сокол вошел в историю цивилизации как первый космический аппарат, предпринявший геологические изыскания на астероидах. Как и в случае с кометой Темпеля, японцы выбрали самый простой и единственно возможный на том этапе развития технологии способ получения образцов грунта с затерянного в дебрях космоса гигантского булыжника под названием Итокава — бомбардировку. Бурение на Итокава было бы весьма проблематичным- гравитация на его поверхности в 60 000 раз слабее, чем на Земле.

Образцы грунта, взятые станцией «Венера-13», содержали 45% оксида кремния, 4% оксида калия, 7% оксида кальция. Порода, доставленная на Землю аппаратом «Венера-14», имела несколько иной состав: 49% оксида кремния, 10% оксида кальция и лишь 0,2% оксида калия. На месте посадки «Венеры-14» состав грунта примерно соответствует земному океаническому базальту. Атмосфера Венеры состоит по большей части из углекислого газа (96%) и азота (4%).

Hayabusa подлетел к астероиду и, как гигантский комар, ужалил его двумя тяжелыми танталовыми пеллетами. Пиротехнический заряд разогнал кусочки металла до 1100 км/ч. Поднявшийся при этом фонтан пыли и камешков должен был оказаться в трубе-ловушке. Правда, при обследовании капсулы в ней оказалось всего 5 мг вещества. Возможно, причина столь скудного улова — твердая кремнистая порода, из которой состоит Итокава. Впрочем, существует и другой тип астероидов, сложенных из рыхлых углистых минералов. Именно на них обратили свои взоры инженеры компании Astrium, подразделения европейского концерна EADS.

Заводной механизм

Группа Лайзы Пикок разрабатывает пенетраторы для будущих миссий в пояс астероидов. Технические решения, найденные во время этой работы, помогут в дальнейшем создать более эффективные инструменты для освоения Марса. На астероидах можно потренироваться и командам, занимающимся технологиями транспортировки космических материалов на Землю. Первоначально работы проводились в рамках миссии Marco Polo, в которой участвовали европейское космическое агентство ESA и японское JAXA.

Венера: адская геология

Условия на планете, по иронии судьбы издревле символизирующей любовь, можно назвать настоящим Адом: полтысячи и более градусов жары, жуткое давление в 95 атмосфер и тяжелое пятидесятикилометровое одеяло ядовитой атмосферы. И все же в 1982 году сразу два советских аппарата — Венера-13 и Венера-14 — достигли поверхности этой раскаленной сковородки и провели на ней уникальные буровые операции. Работы осуществлялись на специальных станках, разработанных в Ташкентском КБ машиностроения. Создание грунтозаборного устройства для Венеры заняло полтора года, а до этого в течение пяти лет химики готовили для неё особые сплавы. Конструкторам потребовался новый эффективный электродвигатель. Алмазная буровая коронка станка за две минуты должна была углубиться в очень твердый скальный грунт почти на 3 сантиметра. 120 мотосекунд — это предельный ресурс агрегата в подобных условиях. Транспортировка отдельных колонок керна в герметичный рентгенограф производилась по системе трубопроводов. Для этого использовались пиропатроны, периодически пробивавшие специальные прокладки, через которые внутрь системы проникали атмосферные газы. Под их напором порции грунта проталкивались в камеру, где давление выравнивалось до 0.06 атм благодаря открытию клапана вакуумного баллона. Уникальность этой установки признали даже американцы из NASA, так и не рискнувшие повторить советский трюк с бурением в космическом аду. В 1985 году ташкентское ГЗУ еще раз побывало на Венере в рамках международной миссии к комете Галлея. Модернизированная версия оригинального станка, закрепленная на посадочном аппарате Вега-1, успешно произвела бурение в другом районе планеты. В это же время коллектив ТашКБМ закончил разработку прототипов ГЗУ и пенетраторов для исследований геологии Марса и его спутника Фобоса, но грянувший развал Союза похоронил эти проекты в архивах лабораторий.

Задачей, которую поставили перед группой Лайзы Пикок, было создание простого автоматического механизма без внешнего источника энергии, способного осуществить забор пробы грунта массой 40 г в течение короткого пятисекундного контакта с поверхностью астероида. Такой маневр необходимо было повторить по меньшей мере трижды. Далее собранный материал должен был быть законсервирован и доставлен на Землю. Несмотря на то что миссия была отменена, группа Пикок продолжила работу в расчете на новые проекты.

На старте у инженеров Astrium было довольно пухлое портфолио из 20 оригинальных концепций. Для взятия проб предлагались миниатюрные лопаты, конвейерные ленты, щетки, клейкие пластины и т. д. В итоге из них были выбраны три идеи с минимальным риском отказа в экстремальных условиях открытого космоса — дротик с наконечником в виде цветка, лепестки которого смыкаются при углублении; парный совок, загребающий грунт и захлопывающийся в коробочку; коронообразная выколотка с внутренней нейлоновой щетиной для задержки пылинок. Источник энергии во всех концепциях- мощная витая пружина.

В результате первичного тестирования было решено соединить все три идеи в гибрид — титановый лепестково-ударный механизм, снабженный щетиной, находящейся внутри трубки с конической нижней частью. В таком случае во время проникновения в астероидный реголит лепестки должны будут сложиться в горсть, захватывая пробу, а щетина сможет зафиксировать мельчайшие пылинки материала между своими волокнами. Два вращающихся эксцентрика на верхней части трубы с механической заводной пружиной должны обеспечить вибрацию, которая повысит эффективность забуривания.

По словам Лайзы Пикок, пружинный пенетратор отлично работает на материалах, имитирующих углистый реголит. Инженерам осталось лишь настроить мощность пружин, подобрать оптимальную жесткость щетины и довести геометрию отдельных элементов механизма до идеала. Разработка Astrium уже привлекла внимание NASA, и вполне возможно, что мы увидим ее в деле во время будущих американских миссий к Марсу и астероидам. В таком случае пенетратор Лайзы Пикок окажется в нескучной компании с миниатюрным буровым станочком компании Honeybee Robotics.

Принцип зубной щетки

Компания Honeybee Robotics занимается разработкой систем для роботизированного внеземного бурения с 1987 года. В середине 1990-х она построила для NASA уникальную буровую установку SATM для работы на кометах с глубиной бурения до 1,2 м. Тогда же был создан крохотный мобильный агрегат Mini-Corer для установки на марсианских роверах. Но по различным причинам эти проекты были отклонены. Первым механизмом компании, полетевшим в космос, стал Rock Abrasion Tool (RAT) для руки-манипулятора Robotic Arm (RA) марсианского вездехода Lander, успешно опробованный в 2003 году.

RAT стал первым буровым агрегатом в истории, пробившим шурф на другой планете. Эта машинка, готовая работать годами без ремонта и обслуживания, оснащалась буровой штангой диаметром 4,5 см, титановой коронкой с алмазным напылением и тремя электромоторчиками по 11 Вт каждый. За два-три часа коронка RAT на скорости до 3000 об/мин могла просверлить чрезвычайно твердую породу на глубину 3 см, вынимая из нее столбик керна диаметром 8 мм. И это при массе 685 г и размерах с банку колы! Кроме того, на RA был установлен циркулярный рашпиль с совком-уловителем, предназначенный для получения проб грунта с поверхности.

Луна: дело крепких мужских рук

Почти пятьдесят лет назад для лунных миссий Apollo было создано целое семейство ручного геологического оборудования — от алюминиевых совочков на телескопической рукоятке, до компактной буровой машины. Первые пробы лунного реголита были собраны при помощи примитивного клещевого захвата астронавтами корабля Apollo 11. Громоздкие шкафообразные скафандры Нила Армстронга и База Олдрина позволили им с трудом наковырять около 22 килограммов камешков. Процедура предусматривала обязательную фотосъемку образцов и, когда позволяло время, описание места находки. Вторая экспедиция миссии привезла на Землю уже около 35 килограммов реголита и керна, добытых совком на длинной рукоятке и ручным буром диаметром 2 см, забивавшимся в грунт почти на 0.70 метра. Астронавту Чарльзу Конраду для этого пришлось изрядно помахать молотком — каждый удар углублял шурф всего на сантиметр с хвостиком. В дальнейшем инструментарий совершенствовался и пополнялся новыми наименованиями. У Юджина Сернана и Харрисона Шмита, последних людей, побывавших на Луне, в арсенале имелся не только хитроумный алюминиевый телескопический совок с захватным устройством и грабли из нержавейки, но и настоящий буровой станок. Электрический ударный бур Apollo Lunar Surface Drill (ALSD), разработанный и изготовленный из титана компанией Martin Marietta мог вынуть столбик керна диаметром 2 см с глубины трех метров. Буровая коронка ALSD из карбида молибдена была разработана компанией Chicago Latrobe. При весе 13.4 килограмма агрегат потреблял 430 Вт мощности. Для транспортировки добытых образцов на Землю астронавтами использовались мешочки, которые укладывались в герметичные алюминиевые контейнеры, похожие на чемоданы. Всего же по итогам шести экспедиций в лабораториях NASA оказалось более 380 килограммов реголита различных фракций. Надо сказать, что вся оснастка для геологических изысканий, привезенная на Луну кораблями Apollo, была там же и брошена — каждый грамм массы возвращаемого модуля был на вес золота.

Новый проект Honeybee под названием MARTE напрямую связан с сенсационным открытием ледяных массивов на Северном полюсе Красной планеты, скрытых от наблюдателей под тонким слоем рыхлого грунта. По мнению астробиологов, в толще марсианского льда могут существовать некоторые формы жизни. MARTE — это автоматизированная система бурения с извлечением керна, способная проникнуть в марсианскую вечную мерзлоту на 10 м. Ее манипулятор имеет десять осей подвижности, а коронки бурового механизма усилены алмазным напылением. Извлечение обломков породы из шурфа осуществляется шнековым механизмом. MARTE выдает керн диаметром 2,7 и длиной 25 см. Потребляемая мощность системы не превышает 150Вт, а давление на бур составляет 450 Н.

Для MARTE инженеры Honeybee протестировали различные виды бурения — ротационное, ротационно-реактивно-акустическое и ротационно-ударное. По словам ведущего инженера компании Гейла Полсена, ротационное бурение было отвергнуто сразу. Для него требуется слишком большое давление на буровую колонну, которое манипулятор робота создать не в состоянии, — ведь лед на Марсе имеет твердость кварца. При ротационно-реактивно-акустическом бурении колонна работает, как электрическая зубная щетка: вращающиеся на 300 об/с эксцентрики вызывают в ней высокочастотную вертикальную вибрацию. Вкупе с вращением это создает в разы большее давление между поверхностью долота и породой, чем при обычной ротации.

В процессе сборки находится инновационная ротационно-ударная установка. Здесь вместо мелкой вибрации используются удары биты особого пружинного механизма по наковальне, закрепленной на верхнем конце колонны, с частотой 30−40 повторений в секунду. Для финальной версии MARTE будет выбрана одна из этих методик или их сочетание.

Три советских лунных разведчика сумели доставить домой лишь 326 граммов драгоценного лунного грунта. В 1970 году станция Луна-16, оснащенная ГЗУ (грунтозаборным устройством) ротационного бурения с трудом выгрызла из скальной породы Моря Изобилия 101 грамм керна. Через два года новую партию реголита массой 55 граммов удалось добыть Луне-20. В августе 1976 ГЗУ станции «Луна-24» прекрасно отработало на поверхности Моря Кризисов, отобрав три образца реголита с глубин 100, 150 и 190 сантиметров общей массой 170 граммов.

Филиал Марса

Испытания установок Honeybee выделены NASA в специальную программу IceBite, рассчитанную на три года, которой руководит планетолог из исследовательского центра NASA Моффет Филд Крис Маккей. Команда Маккея нашла на Земле несколько мест для проведения тестов, относительно похожих на Марс экстремальными условиями. Это чилийская пустыня Атакама, район станции Мак-Мердо в Антарктиде, заполярный канадский остров Девон и… нью-йоркский Бруклин. Именно в Бруклине инженеры Honeybee сумели построить маленький Марс внутри большой морозильной камеры из нержавейки.

За пятисантиметровыми стенками Mars Simulation Chamber царят жуткий холод (-80°С) и вакуум. В камере находится толстая ледяная глыба, покрытая рыхлым грунтом, в которую поочередно вгрызаются прототипы буровых установок. Тем не менее, по словам Гейла Полсена, создать в Mars Simulation Chamber условия, аналогичные марсианским, не получается. Например, лед на Марсе при бурении не становится водой, как на Земле, а сразу испаряется. Компьютерное моделирование процесса показало, что это будет феерическая картинка — вырывающийся из марсианского шурфа гейзер из пара, частиц породы и мельчайшей пыли. Полсен утверждает, что таким образом сама природа решает серьезную проблему очистки шурфа от лишнего материала.

Когда проект IceBite будет завершен, Mars Simulation Chamber не порежут на металлолом — в ней будут испытываться другие системы бурения для новых миссий на Луну, Марс, астероиды и спутник Юпитера Европу.

www.popmech.ru

Бур для космического шахтера

Разговоры о добыче полезных ископаемых на астероидах и Луне звучат скорее как декорации к сюжетам Айзека Азимова, чем как серьезные планы ученых. Тем не менее, разработки в этой области ведутся, и редакция N + 1 совместно со специалистами из НИТУ «МИСиС» попыталась разобраться в тех сложностях, с которыми придется столкнуться будущим горнякам (роботам или людям) на Луне и астероидах, а также ответить на вопрос, как их можно будет решить.

Что именно можно (и имеет смысл) добывать на астероидах и других небесных телах? Ученые выделяют две категории ископаемых: первые можно будет использовать прямо на месте, вторые — транспортировать на Землю. К первой группе относятся, например, конструкционные материалы, и в особенности вода. С помощью электролиза ее можно разложить на водород и кислород, чтобы затем использовать их в качестве топлива для космических аппаратов и различного оборудования. Ко второй группе относятся редкие металлы и газы. Например, довольно часто упоминается гелий-3, который может оказаться ценным сырьем для будущей термоядерной энергетики. Конечно же, если она когда-нибудь появится на Земле.

Рентабельность разработки ископаемых обеих категорий определяется технической сложностью и стоимостью их добычи и транспортировки до места использования по сравнению с земными аналогами — примерно теми же принципами руководствуются и при разработке земных месторождений. Так, заранее понятно, что доставлять сотни тонн топлива за пределы Земли — сложная и чрезвычайно дорогостоящая затея. Скорее всего, для работы станции, например на Луне, потребуется какое-то местное топливо. Но если добыча этого топлива даст определенный эффект, то будет ли рентабельна добыча ископаемых второй категории, пока никто не знает. Некоторые оценки указывают, что добыча металлов платиновой группы покроет убытки, но и это вызывает немало вопросов.

Уже сейчас существуют две сравнительно крупные частные компании, планирующие разведку, а в будущем и добычу полезных ископаемых на астероидах. Первой о своих планах заявила Planetary Resources, возглавляемая Эриком Андерсоном, который занимался бизнесом в области космического туризма (его компания Space Adventures организовывала полеты на МКС всех космических туристов). Cооснователями первой космической горнодобывающей компании стали такие далекие от космической отрасли люди, как Джеймс Кэмерон и Ларри Пейдж. В 2012 году компания обещала, что к 2020 году создаст первый космический «склад горючего». На сегодня ей удалось запустить два пробных околоземных спутника-телескопа, предназначенных для демонстрации технологии разведки.

Второй крупный игрок — Deep Space Industries, также частная американская компания, пользующаяся поддержкой правительства Люксембурга. О своих планах DSI заявила в 2013 году, через год после Planetary Resources. Компания надеется начать активную добычу ценных металлов и воды уже к 2023 году. Сегодня первый спутник-прототип — Prospector-X — лишь ожидает старта.

Небесные ископаемые

Полезные компоненты грунта Луны и других небесных тел

Луна:

• титанат железа;
• силикаты железа и щелочных металлов;
• вода 0,09 процента по массе (данные Chandrayaan-1).

Астероиды M-типа:

• никель;
• железо;
• металлы платиновой группы.

Астероиды C-типа:

• углерод и органика;
• вода (до нескольких процентов по массе)

Астероиды S-типа:

Стоит сразу отметить, что технологии по забору материала с астероидов и комет уже существуют, правда, их совершенно точно нельзя назвать эффективными. Среди миссий по доставке образцов внеземного вещества можно выделить Stardust (несколько миллионов частичек из хвоста кометы) и «Хаябуса» (несколько частичек с поверхности астероида Итокава). Массовая добыча ископаемых подобными методами невозможна, они попросту не масштабируемы.

Немногим лучше обстоит дело с отработкой посадки на поверхность небольших небесных тел: в 2001 году аппарат NEAR Shoemaker стал первым зондом, совершившим мягкую посадку на астероид (Эрос), а в 2014 году на комету Чурюмова—Герасименко сел аппарат «Филы». Правда, посадка прошла не вполне удачно.

Но предположим, каким-то образом мы подготовили к запуску в космос автоматизированную станцию для добычи ископаемых, благо у нас теперь есть новая тяжелая ракета-носитель (спасибо, Илон). С какими проблемами столкнется космошахтер дальше? Рассмотрим их по порядку.

Куда лететь?

Уже на этапе выбора потенциальной цели возникают сложности. Заранее определить, какие полезные ископаемые и в каком количестве имеются на том или ином астероиде, чрезвычайно сложно. В арсенале астрономов, по сути, имеются только спектроскопические исследования с помощью земных и околоземных телескопов. Но они показывают лишь, как поверхность астероида отражает свет. Это позволяет делать некоторые предположения, например о преобладании металлов на каких-то астероидах — они сильнее «блестят» по сравнению с другими. Но чтобы делать конкретные предсказания по химическому составу и содержанию ископаемых, нам не хватает статистики.

Поэтому так важны миссии к астероидам, и поэтому планы как Planetary Resources, так и Deep Space Industries начинаются именно с подготовки флота небольших спутников-разведчиков. Важную роль в сборе данных сыграют и миссии OSIRIS-REx и «Хаябуса-2», направившиеся к углистым хондритам Бенну и Рюгу за образцами грунта.

Однако самые большие сложности у космических шахтеров возникнут тогда, когда они приступят к добыче полезных ископаемых на небесных телах. Уже сейчас горные инженеры разрабатывают соответствующие технологии — этим занимаются в NASA, свои проекты есть у Научно-образовательного центра «Инновационные горные технологии», который был учрежден в 2005 году Горным институтом НИТУ «МИСиС» совместно с Институтом проблем комплексного освоения недр РАН при участии структур Росатома.

Что делать с низкой гравитацией?

Казалось бы, большой вес руды — это скорее проблема шахтеров на Земле, где необходимы массивные установки, мощные манипуляторы и большое количество взрывчатки для горных работ. Но, попав на Луну, почти вся существующая техника окажется в шесть раз менее эффективной. Академик Николай Мельников, директор Горного института Кольского научного центра РАН, отметил на круглом столе в НИТУ «МИСиС», что осевое давление в буровом станке, к примеру, скорее приведет к тому, что приподнимется сам станок, чем пойдет бурение, а экскаватор будет отъезжать от забоя из-за большого напорного усилия.

Но у этой проблемы есть сравнительно простое решение — анкерные крепления для горнодобывающего оборудования. Впрочем, вопрос крепления к реголиту все-таки не так прост, о механических свойствах этого материала мы знаем не так много.

Специалисты NASA разрабатывают технологии, способные обеспечить сцепление при любой гравитации

Как не дать оборудованию износиться раньше времени?

Внеземным шахтерам предстоит столкнуться с реголитом — мелкодисперсным материалом с хорошими абразивными свойствами, особенно если говорить про лунный реголит. Это означает, что любое оборудование типа буровых установок будет быстро изнашиваться, а заменить бур на Луне не так-то просто.

Поэтому работа с реголитом потребует нестандартной техники забора грунта. Здесь может сыграть положительную роль то, что этот материал несет на себе электрический заряд: лунная пыль многие тысячи лет бомбардировалась заряженными частицами солнечного ветра, что привело к накоплению заряда. Значит, грунт можно будет собирать с помощью электрических полей.

«Заряженные частицы лунного грунта хорошо прилипают ко всему, — рассказывает Анна Плотникова, сотрудник Горного института НИТУ «МИСиС». — Можно представить себе робота, типа крота, который всасывает в себя грунт как пылесос. Но из-за этого прилипания нужно как-то продумать заборное отверстие, чтобы оно не забивалось».

Установка для получения аналога реголитов

ЦИГТ

Как быть без атмосферы?

Если мы говорим о роботизированных системах добычи, то отсутствие воздуха на Луне или астероиде поначалу выглядит как плюс: меньше причин для коррозии металлических деталей. Но и тут не все просто. Предположим, лунный шахтер занимается добычей воды, которой в реголите и так немного. В земной атмосфере вода легко конденсируется и в широких температурных пределах остается жидкой или твердой. В условиях Луны вода будет легко сублимироваться и улетать при малейшем нагреве — сублимация возможна при температуре минус 160 градусов Цельсия. А значит, большинство активных механических методов типа бурения приведут к потере драгоценного топлива.

Чтобы избежать этого, разрабатываются техники холодного бурения, при которых значительного нагрева бура и грунта не происходит.

Анна Плотникова и ее коллеги разработали способ менять конфигурацию наконечника бура с помощью магнитных полей, что позволяет значительно сократить трение и, следовательно, нагрев.

Холодное бурение

У нас есть ноу-хау. Подробности я рассказывать не буду, но идея такая. Представим себе бытовой перфоратор — его бур ударяет, а потом прокручивается. Во время удара мы делаем так, чтобы пятно контакта инструмента с породой, которую он бурит, было минимально. В таком случае у нас почти нет трения. При ударе происходит откол, а не срезание».

Анна Плотникова, сотрудник Горного института НИТУ «МИСиС».

Другой важный аспект — в вакууме сложно отводить тепло от нагревающихся приборов (на Земле с этим хорошо справляется воздух посредством прямой теплопередачи). Впрочем, с этой проблемой инженеры уже научились справляться для космических аппаратов. Лишнее тепло в этом случае уходит в форме излучения.

Лабораторная установка для извлечения воды из реголита

ЦИГТ

Как концентрировать собранное?

Внеземные полезные ископаемые второй категории, требующие транспортировки, совершенно точно ни к чему перевозить на Землю (или околоземную орбиту) в виде руды. Зачем тратить добытое с большим трудом топливо на доставку обыкновенных силикатов наряду с металлами платиновой группы? Поэтому внеземной комплекс для добычи ископаемых должен сразу включать в себя отдельную линию по концентрированию добытого.

Один из существующих подходов к решению этой задачи заключается в испарении и последующей очистке руды с помощью метода «флеш-металлургии». Испарив руду и получив плазму, — «облако» ионизованных атомов, — ее можно разделить с помощью магнитного поля, чтобы извлечь только необходимые вещества. Хотя этот процесс требует большого количества электроэнергии (возможно, тут помогут солнечные батареи), он позволяет в конечном итоге получить очень чистые металлы.

Концентрирование металлов

В присутствии магнитного поля в ней будет возникать вихрь заряженных частиц. За счет того, что атомы разных веществ имеют разную массу, в этом вихре они будут разделяться: условно говоря, те, что потяжелее, — в одну сторону, те, что полегче, — в другую. Затем, поскольку разные атомы будут собираться в разных местах, они будут концентрироваться и выпадать в порошки или покрытия.

Подобные техники можно применять для того, чтобы создавать металлические покрытия и детали прямо на орбите — чтобы не лететь и не ремонтироваться на Земле. Кроме металлов нужны и диэлектрики, полупроводники — кремний и другие. Их так же можно собирать».

Анна Плотникова, сотрудник Горного института НИТУ «МИСиС».

Следует отметить, что в лунном грунте содержится большое количество магнитных материалов, например минерала ильменита, титаната железа. А значит, при работе с ним можно использовать уже известные техники магнитной сепарации.

Прототип установки для флеш-металлургии

ЦИГТ

А это вообще законно?

Еще один важный вопрос: легальна ли вообще добыча ископаемых в космосе? В договоре о космосе 1967 года (точнее, о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела) однозначно указано, что космическое пространство не может быть национализировано — ни путем оккупации, ни как-либо иначе. Но про коммерческое использование космоса в нем не сказано ни слова.

Возможно, в космосе реализуется ситуация с добычей рыбы в море — открытое море ничье и ловить в нем рыбу можно всем. Сейчас правовая регуляция добычи природных ресурсов на астероидах и Луне существует лишь в двух странах — в США и Люксембурге. Она обходит вопрос принадлежности небесных тел и их частей следующим образом.

На этапе добычи территория небесного тела и само небесное тело не принадлежат компании, как и ценные ресурсы, которые есть на нем. Право собственности на добытое возникает лишь после того, как ценный ресурс был непосредственно получен. Единственное существенное различие между законодательствами Люксембурга и США состоит в том, что американские правовые нормы распространяются лишь на компании, базирующиеся в США. Люксембургское законодательство распространяется и на компании, у которых просто есть офис в Люксембурге.

Как отметил Валентин Уваров, экс-директор департамента Объединенной ракетно-космической корпорации, сейчас в России создается экспертная группа по правовым вопросам космической деятельности. Она будет работать при Совете по космосу Российской академии наук.

По договору 1967 года «все станции, установки, оборудование и космические корабли на Луне и на других небесных телах открыты для представителей других государств». Поэтому будущие внеземные шахты будут открыты для посещения, если, конечно, кто-то соберется лететь ради такой «экскурсии» на Луну или астероид.

Есть в международном соглашении еще один пункт, который может повлиять на работу будущих космических старателей. «Участники Договора осуществляют изучение и исследование космического пространства, включая Луну и другие небесные тела, таким образом, чтобы избегать их вредного загрязнения, а также неблагоприятных изменений земной среды вследствие доставки внеземного вещества». Но будем надеяться на то, что разработка астероидов будет вестись «чистыми» способами.

Когда полетят первые робошахтеры?

Эксперты неоднократно называли самые разные сроки. Упомянутые выше Planetary Resources и DSI планировали приступить к добыче полезных ископаемых уже в 2020-х годах. Кроме того, сейчас появляются первые компании-конкуренты, например Aten Engineering, возглавляемая бывшим сотрудником NASA и главой отдела Центра малых планет по стратегиям и инновациям Хосе Луи Галаше. Галаше считает, что первые попытки извлечения ресурсов из астероидов произойдут в ближайшие 10-20 лет, а космическая добывающая промышленность начнет развиваться через 20-50 лет.

К добыче ресурсов на астероидах планирует присоединиться и Китай. Примерно полгода назад Китайская аэрокосмическая научно-техническая корпорация заявила о планах начать разработку астероидов к 2040 году. Правда, в данном случае действительно могут возникнуть правовые препятствия: если все вышеперечисленные проекты намечены и осуществляются частными компаниями, то появление у них конкурента в лице государственной корпорации может быть расценено как попытка национализировать участок космоса.

Напоследок стоит заметить, что платиновые металлы за пределами Земли есть не только на астероидах. На околоземной орбите находятся тысячи единиц космического мусора — вышедшие из строя спутники, ступени ракет-носителей и обломки, возникшие в результате столкновений. Сегодня разрабатывается множество проектов по сбору всего этого добра, поэтому вполне возможно, что первыми ценными ресурсами, доставленными на Землю из космоса, окажутся наши же земные золото, иридий и осмий.

Владимир Королёв

nplus1.ru

Российский тяжелый луноход пробурит несколько скважин на Луне

Москва, 22 мая. Российский тяжелый луноход пройдет по естественному спутнику Земли 500 километров и в нескольких местах пробурит грунт на глубину до шести метров. Об этом заявил заведующий лабораторией геохимии Луны и планет Института геохимии и аналитической химии (ГЕОХИ) РАН Евгений Слюта.

Главными задачами лунохода станут «исследование региональных структур», бурение нескольких скважин от трех до шести метров глубиной и отбор грунта с поверхности спутника.

«Соответственно, весь отобранный материал должен быть доставлен потом на Землю. Протяженность маршрута – 500 километров», — цитирует Слюту РИА Новости.

Институт геохимии и аналитической химии занимается разработкой комплекса научной аппаратуры и научных задач лунохода, на основании которых определяются технические требования к нему. Слюта сообщил, что аппарат будет включен в состав автоматической межпланетной станции «Луна-29». Его запуск запланирован «примерно в 2027—2028 годах».

Финансирование межпланетной станции проходит в рамках федеральной целевой программы по созданию сверхтяжелой ракеты. На орбиту «Луну-29» и луноход должна вывести ракета с кислородно-водородным разгонным блоком КВТК «Ангара-А5В».

Ранее Газета.ru сообщила, что китайские ученые получили данные о составе мантии Луны с помощью лунохода «Юйту-2». Аппарат собрал образцы со дна бассейна Южный полюс — Эйткен и проанализировал с помощью спектрометра. Исследователи отмечают, что порода содержит богатые железом минералы.

riafan.ru

Да начнется бурение! – Журнал "Все о Космосе"

Бурение на другой планете – нелегкий подвиг, и каждый раз, когда у нас есть возможность сделать это, Марс чувствует себя довольно особенным. В центре внимания трехнедельного плана – просверлить место под названием «Voyageurs», которое является частью отложения, где видна высокая концентрация гематита, обнаруженная с помощью орбитальных данных.

План выходных начинается с нескольких наблюдений Navcam и Mastcam атмосферы, чтобы проследить за текущей пыльной бурей с поверхности Марса. Затем ChemCam проанализирует цель «Voyageurs», а затем мультиспектральную визуализацию Mastcam. Curiosity продолжит несколько важных наблюдений за мониторингом окружающей среды позднее днем, первое – на следующее утро, а также на второй и третий Сол. Второй сол также включает в себя больше наблюдений за изменение окружающей среды с помощью Mastcam . Затем с помощью камеры MAHLI мы осмотрим место будущего бурения и места сброса породы. По завершении этих наблюдений мы начнем полноценное бурение цели «Voyageurs» на 2112 Сол! Я буду дежурить в понедельник, поэтому я с нетерпением жду результатов бурения, чтобы узнать, из чего сделан этот камень!

Lauren Edgar

Дорогие друзья! Желаете всегда быть в курсе последних событий во Вселенной? Подпишитесь на рассылку оповещений о новых статьях, нажав на кнопку с колокольчиком в правом нижнем углу экрана ➤ ➤ ➤

aboutspacejornal.net

Бурение скважин в космосе

ФГАОУ ВПО <<Северо-Восточный Федеральный Университет

им. М. К. Аммосова>>

Геологоразведочный факультет

Кафедра ТиТР

Курсовая работа по дисциплине

<<Бурение скважин на твердые полезные ископаемые>>

на тему: Бурение скважин в космосе выполнил: студент гр. ТР-13

Проверил: ст.преподаватель

Якутск, 2016

Содержание

1.  Введение…………………………………………...…………………….3стр.

2.  Цели и задачи…………………………...……………...….…………….5стр.

3.  Техника и технология……………..…………………….………………5стр.

4.  Пути совершенствования………………………………..…….………19стр.

5.  Основные трудности (проблемы)…………………………..…………26стр.

6.  Заключение……………………………………………….....………….27стр.

7.  Литература……………………..………………….……………………28стр.

Введение

Роль буровой техники в космических успехах человечества сейчас всем известна. Можно вспомнить, начиная с 1969 г., работу наших лунных автоматических межпланетных станций (АМС) «Луна-16, 20, 24» и ручное бурение на Луне американскими космонавтами. Инженеры по бурению заслуженно гордятся тем, что их специальность стала одной из первых в перечне космических.

Гораздо меньше известно, что значительно раньше бурение оказалось возле проблем космоса. Об этом стоит рассказать подробнее.

30 июня 1908 г. жители ряда сибирских районов, прилегающих к р. Подкаменная Тунгуска, были свидетелями космического феномена, сопровождающиеся большими разрушениями и необычными явлениями. С тех пор тайна Тунгусского метеорита (кометы) не перестает тревожить умы ученых и фантастов. Одним из первых, кто отважился направиться в таежные леса на поиски метеорита был, метеоролог Л. А. Кулик. Более всего поразило исследователя отсутствие каких-либо следов самого метеорита, несмотря на грандиозность масштабов катастрофы на месте падения. Казалось, от крупного космического тела, влетевшего в атмосферу Земли, хоть что-то должно было остаться. Справедливость такого заключения подтверждал многочисленный опыт находок на Земле других метеоритов, значительно меньших по размерам.

И тогда в одной из экспедиций 1929 г. Л. А. Кулик решил использовать в целях глубинных поисков бурение. Двумя комплектами оборудования для ручного бурения было пройдено три скважины глубиной до 34 м. В результате работ Л. А. Кулик убедился, что воронки на местности к падению метеорита отношения не имели... Опыты оказались неудачными. Но эти скважины — первые попытки бурения в научно-исследовательских целях по космосу. Они пробурены в Сибири.

На острове Сарема в Эстонской ССР известны загадочные кратеры метеоритного происхождения. Изучением кратеров занимался инженер И. А. Рейнвальд. Методика его исследований интересна тем, что он первый применил бурение для поисков метеоритов. Скважину он заложил в 1929 г. и сразу же обнаружил следы удара метеорита. Позднее при раскопках нашлись его осколки.

Буровые работы использовались для изучения Аризонского метеоритного кратера (США). Интересно, что буровая компания в целях привлечения средств для организации работ пустила слух о необычно высоком содержании платины и иридия в найденных осколках метеорита. Скважины были пробурены на глубину 200 м, где и обнаружили основную метеоритную массу. Гипотеза о платиновом метеорите не подтвердилась, и акционерная компания прекратила свое существование.

По опубликованным сведениям, при бурении скважины на нефть в 1930 г. в мягких породах североамериканского штата Техас на глубине 1525 футов в эоценовых отложениях был обнаружен ископаемый железный метеорит — редчайшая находка, поскольку почти все имеющиеся в мировых коллекциях метеориты найдены на поверхности Земли.

По сложности технических вопросов и по трудности решаемых исследовательских задач бурение скважин, особенно глубоких, и освоение космического пространства с помощью бурения находятся рядом. Насколько осложнено строительство сверхглубоких скважин, видно, например, из следующего сравнения: бурение мелких скважин для поверхности космического тела — задача более простая чем строительство скважин глубиной 15—25 км у нас на Земле. Не случайно скважины на Луне удалось пробурить раньше, чем человечество достигло десятикилометрового рубежа глубин в коре родной планеты. Как удалось добиться столь невероятного успеха в исследованиях Луны?

Космическая техника с момента запуска первого спутника Земли развивалась столь быстрыми темпами, что даже самые крупные специалисты и научные авторитеты ошибались в своих прогноза! относительно конкретных ее достижений.

В книге В. Губарева «Человек, Земля, Вселенная», изданной в 1969 г., приводилось интервью с известным геологом и географом акад. А. Л. Яншиным. Ему задали вопрос: «Неужели геологи собираются завезти на Луну, Марс и Венеру буровую установку?». Маститый ученый ответил: «Пока нет, до транспортировки на Луну

vunivere.ru

можно ли просверлить земную кору насквозь и как стать космонавтом

*Техническая расшифровка эфира

Александр Хворостова: Здравствуйте, уважаемые радиослушатели. Это программа «Научный четверг». У микрофона Александра Хворостова.

Сегодня в программе мы попробуем рассказать вам всю праву о ГМО-продуктах, узнаем, полезны они или вредны все-таки, мифов на эту тему очень много, попробуем сегодня внести некую ясность. Поговорим о том, действительно ли можно прорубить Землю насквозь. Об этом заявляют, кстати, японские ученые. Такой амбициозный план они поставили перед собой к 2030 году. И, конечно, мы не могли пройти мимо темы космоса. Вчера был День космонавтики. И сегодня у нас в эфире будет Андрей Иванович Борисенко, летчик-космонавт, Герой России. Попробуем за короткое время узнать побольше о жизни в невесомости, о жизни космонавтом на орбите.

Итак, обо всем по порядку. Сначала узнаем всю правду о ГМО-продуктах. Сегодня чаще всего говорят о том, что такие продукты вредные. Исследования ученых показали, что на российским рынке около 75% импортируемых продуктов являются генетически модифицированными. Некоторые говорят, что такие продукты могут привести к генной мутации человека, а другие говорят, что ничего страшного в них нет. Внести ясность в вопрос о ГМО-продуктах мы попросим Надежду Новоселову, руководителя проектов Общенациональной Ассоциации генетической безопасности (ОАГБ). Здравствуйте!

Надежда Новоселова: Здравствуйте.

А.Х.: Давайте начнем с того, что в принципе определим, что такое ГМО-продукты?

Н.Н.: ГМО-продукты – это продукты, произведенные из живых организмов, геном которых был изменен искусственным образом в лабораторных условиях, чтобы придать им какие-либо свойства. Продукты, которые произведены с использованием растений, прошедших генную модификацию, и называются ГМО-продуктами.

А.Х.: А насколько сегодня изучен вопрос влияния ГМО на здоровье человека?

Н.Н.: Вопрос не изучен практически нисколько. Проведено очень ограниченное количество исследований. К сожалению, эти исследования не полноценные, они не дают возможности делать безоговорочные выводы. Для того, чтобы узнать, как ГМО влияет на живые организмы, даже не доходя до человека, в лабораторных условиях, на хомячках, крысах и мышах, необходим колоссальный бюджет, необходим жесточайший протокол, огромное количество особей. Транснациональным корпорациям, которые производят ГМО-культуры, такие исследования просто невыгодны, они их не финансируют. Независимые ученые, которые проводят исследования и выявляют негативные эффекты воздействия ГМО на живой организм, они подвергаются травле, им не удается получить никакого финансирования, и, к сожалению, этот вопрос по-прежнему остается открытым. Уже более 20 лет человечество использует ГМО-культуры. Ответа на вопрос, как же они влияют на здоровье, до сих пор нет.

А.Х.: А зачем вообще создавались ГМО-продукты? Для чего их создал человек?

Н.Н.: Чтобы облегчить свое существование, чтобы бороться с новыми вызовами, с которыми сталкивается человечество в индустриальный век развития. У нас растет население стремительным образом, при этом наши сельхоз угодья находятся в упадочном состоянии, есть огромное количество факторов, которые могут повредить, нанести урон урожаю. И ГМО создавались как продукты, которые смогут бороться с сорняками, с вредителями, быть устойчивыми к засухе, к чрезмерному поливу и т.д. Но, к сожалению, все эти рекламные лозунги так и остались лишь лозунгами. На урожайность ГМО повлиять никак не могут. Урожайность – это комплексный признак, который невозможно никак привить манипуляциями с геномом. А что касается вредителей, сорняков и насекомых, то со временем, это эволюционно происходит, они вырабатывают устойчивость к тем ингредиентам, которые закладываются учеными, чтобы эти культуры могли прекрасно расти. В прошлом Национальная академия наук США выступила с докладом, что, в общем-то, выращивание ГМО-культур, текущий опыт показал, что это ничем не отличается от традиционного сельского хозяйства, с точки зрения урожайности и борьбы с разными катаклизмами, которые наносят ущерб урожаю.

В области ГМО действительно очень много мифов. Многие считают, что ГМО – это значит отказ от химикатов, которые используются в сельском хозяйстве. Но это совершенно не так. Более 80% ГМО-культур, которые выращиваются на сегодняшний день, созданы с признаком устойчивости к пестициду, активный ингредиент которого называется глифосат. Это страшное вещество, которое в сельском хозяйстве используется с середины 70-х годов. Как оно влияет на человека, никто не изучал. Но 2 года назад Всемирная организация здравоохранения, их отделение, которое занимается вопросами изучения онкологии, перенесло это вещество в разряд вероятных канцерогенов. Это класс 2А, то есть это то вещество, которое может вызывать развитие онкологических заболеваний. И сейчас ученые бьют тревогу, поскольку этот самый глифосат используется не только при выращивании ГМ-культур, но также и в традиционном сельском хозяйстве. Многие люди используют его, совершенно не задумываясь о тех последствиях, которые это может нанести. Наверняка каждый помнит историю про пестицид ДДТ, его у нас часто называли дуст, который тоже 40 лет использовался в сельском хозяйстве как абсолютно безопасный. И потом вдруг выяснилось, что он накапливается в живых организмах и может провоцировать самые разные, тяжелейшие заболевания. И он был запрещен во всем мире, сегодня его нельзя нигде использовать. Так вот, что ГМО – это как джинн, выпущенный из бутылки, совершенно невозможно предсказать последствия, к которым это может привести, не только даже для здоровья человека, но и для окружающей среды, для сельского хозяйства, для продовольственной безопасности той или иной страны, которая на это решается, что вот этот пестицид на основе глифосата, бомба замедленного действия. Сколько людей могло уже от него пострадать, можно только догадываться.

А.Х.: А как можно распознать ГМО-продукт среди других, чтобы не нарваться?

Н.Н.: Только в лабораторных условиях. Информация, которая интересна вашим слушателям, касается исключительно России. У нас в России разрешено Роспотребнадзором использовать при производстве продуктов питания 22 линии ГМ-культур. Это в основном соя, кукуруза, сахарная свекла и рис. Поэтому, если человек хочет избежать употребления ГМ-культур, в России ему следует избегать продуктов, которые используют эти ингредиенты. Более того, в России действует закон, согласно которому использование ГМО в продуктах питания подлежит обязательной маркировке. Производитель должен информировать потребителя о том, что он использует эти ингредиенты. Если в продукте более 0,9% ГМО содержится, об этом должна появиться информация на упаковке. Но более чем за 13 лет деятельности в Общенациональной Ассоциации генетической безопасности мы такую маркировку в России не находили. В начале нашей деятельности, в 2004-2006 году мы ГМО находили практически везде, вплоть до продуктов детского питания. И никогда производитель об этом не информировал.

А.Х.: То есть можно прийти в наши магазины, увидеть надпись «Не содержит ГМО», и можно верить, что ГМО в этих продуктах не содержится?

Н.Н.: Нет, этой надписи я бы не советовала верить. Как правило, она используется как маркетинговый ход. Согласно опросам общественного мнения ВЦИОМ и т.д., более 80% россиян с настороженностью относятся к ГМО-продуктам, не хотят их употреблять, потому что не знаю, к каким последствиям это может привести. Поэтому производители играют с ними в такую игру. Знают, что потребители боятся ГМО, и ставят значок «не содержит ГМО». Но нет закона, который регулирует использование этого знака. Есть только закон, который обязывает информировать потребителя, что он ГМО использовал. Но такого никто не делает, потому что этот продукт просто никто не будет покупать. Самое интересное, что такая же ситуация и в Европе, например. Там даже больше пошло. Потребители не хотят покупать ГМО-продукты для личного потребления, но более того, они требуют, чтобы производитель информировал их о том, что, например, курица, которая снесла им яичко, ГМО не ела, корова, от которой они пьют молоко, тоже получала натуральные корма. То есть люди опасаются последствий. А те результаты исследований независимых ученых говорят о том, что ГМО может провоцировать и онкологию, и аллергию, и ожирение, и, самое главное, биологический запрет на размножение. Мы в ассоциации несколько лет назад проводили совместно с институтом им. Северцова научный эксперимент, кормили ГМ-соевым шротом хомячков. Так вот, они у нас перестали размножаться к 3 поколению. Почему это произошло – ученые развели руками, говорят, что нужно дополнительно продолжать исследования, разбираться, в чем дело. Но факт остается фактом, запрет на размножение произошел. И тут выстраивается логическая цепочка: в России, согласно только официальной статистике, более 5 млн бесплодных пар. Сколько незарегистрированных пар, только богу известно. Та же тенденция наблюдается и в других развитых странах, в США, например, эта проблема крайне актуальна. А США как раз более 20 лет массовее всех выращивает ГМ-культуры, они активно внедрены в их жизнь. И там надо признать, что буквально до этого года у потребителей не было возможности выбирать, не было закона об обязательной маркировке. Единственным способом избежать употребления ГМО-продуктов было отправляться в магазин органических продуктов, которые, как вам известно, значительно дороже стоят, чем обычные продукты, далеко не каждый может это себе позволить.

А.Х.: Получается, ГМО-продукты дешевле, надо еще и на это обращать внимание?

Н.Н.: В принципе, да. Так, как сегодня это происходит, это действительно выгодно производителю. Тут еще важно учитывать, что очень много мифов, люди считают, что ГМО сейчас содержится везде. Красивые яблоки, ровные помидоры и огурцы – что это все ГМО. Нет, это не так. На самом деле, на сегодняшний день на рынке нет ни одного коммерчески успешного сорта ГМО-томата, нет огурцов. Что касается яблок, то яблоки появились только в этом году на рынке, и то только в США и в Канаде. Эти яблоки отличаются тем, что они не темнеют, когда вы их разрезаете, оно может лежать пару недель и быть таким же красивым. Но надо учитывать, что это яблоко лишено железа, а железо – важнейший микроэлемент, необходимый для поддержания работы организма. Поэтому, перейдя на такие яблоки, человек должен искать другие источники получения железа. Поэтому этот признак непонятно, кому нужен вообще. Эстетически? Может быть. Но разумного подхода в этом, наверное, нет.

Большинство людей считают, что весь прогрессивный мир перешел на ГМО-культуры. Это опять-таки миф. На самом деле 90% всех ГМО, которые существуют в мире, выращивают всего 6 стран мира. Из развитых только США и Канада. Остальные – Бразилия, Аргентина, Индия и Китай. Более того, основной акцент при культивации ГМ-культур делается всего на 4 растения, это кукуруза, соя, хлопок и рапс. В пищу мы употребляем только кукурузу и сою. Хлопок, понятно, идет для производства х/б ткани, рапс используется в качестве биотоплива. Все остальное – это больше мифы. Таких продуктов очень мало на рынке, и простой потребитель с ними может крайне редко встречаться. А всего из порядка 200 стран мира 28 стран действительно культивируют ГМО. Но доля у них очень маленькая.

А.Х.: То есть мы можем немного расслабиться, успокоиться, пойти в магазин и не беспокоиться о том, что там везде и всюду вот эти «пластмассовые» фрукты и овощи лежат, это все ГМО, это все вредно?

Н.Н.: Да. Но в продуктах, к сожалению, содержится очень много других ингредиентов, которые могут быть небезопасны. Это пестициды, пищевые добавки самые разные, о которых тоже нужно быть осведомленным, и ходить в магазин подготовленным, чтобы стараться их избегать. А вообще, чем короче состав продукта, который вы покупаете, тем лучше.

А.Х.: Ну да, это понятно. Если написаны понятые хотя бы тебе слова, а не какие-то там тригидриты, гидраты и т.д., тут, конечно, надо приоритет ставить. А можно ли говорить о том, что впоследствии человечество все-таки перейдет полностью на ГМО-продукты или это невозможно?

Н.Н.: Чисто теоретически это возможно, конечно. Но человечеству предстоит пройти огромный длительный путь, поскольку действительно выгодных человеку с точки зрения урожайности ГМ-культур практически не существует. Это то, что будет вырабатываться в дальнейшем, мы будем наблюдать, как развивается ситуация. Томаты, например, не удалось биотехнологам создать такой продукт, который действительно был бы востребован на рынке. На бумаге, в качестве идеи все было красиво описано. Но опыты, к сожалению, ни к чему не привели.

Тут еще очень глубоко геополитизирована эта проблема. Нужно осознавать, что на сегодняшний день более 80% ГМ-семян сосредоточены в руках всего лишь одной транснациональной корпорации, которая называется «Монсанто». Это американская компания, она существует с 1901 года, создавалась она изначально именно как химический концерн. Она приняли участие в создании первой атомной бомбы, в «Манхэттенском проекте». Она виновна в том, как пострадал Вьетнам во время вьетнамской войны – их джунгли засыпали так называемым агентом «оранж». Это пестицид, который уничтожает листву у растений. Тем самым американские солдаты боролись с партизанскими движениями. Они пролетали над джунглями, заливали этим пестицидом, вся листва опадала, и можно было видеть, где прячутся партизаны. Вьетнам до сих пор не может от этого отделаться. После событий во Вьетнаме корпорация «Монсанто» вдруг объявила себя агрохимическим гигантом и сказала, что «мы накормим весь мир, покупайте наши ГМО-продукты, используйте наши пестициды».

Сегодня самое главное, что все эти ГМ-культуры являются объектами патентного права. Любая страна, которая закупает эти семена, обязана выплачивать патентные отчисления год за годом производителям. Это прецедент продовольственной зависимости от других стран. Ведь по задумке семена – это часть природы, это то, что принадлежит всему человечеству. Это не может быть объектом, которым можно манипулировать определенными странами.

А.Х.: А возможно ли, что человечество откажется от ГМО-продуктов?

Н.Н.: Хотелось бы в это верить. Это, безусловно, возможно. Есть технологии ведения сельского хозяйства, которые позволяют прекрасно выращивать продукты без применения биотехнологий. Эти технологии экологичного сельского хозяйства также развиваются и показывают все больше и больше положительных результатов. Общенациональная Ассоциация генетической безопасности выступает как раз сторонником приоритетного развития органического сельского хозяйства как в России, так и в мире в целом. Мы уверены, что Россия как самая большая страна в мире, которая располагает огромными территориями, которые никогда не обрабатывались методами современной агрохимии, у нее есть огромный потенциал для того, чтобы стать лидером в производстве таких продуктов. И надо признать, что именно этот сегмент рынка не падает даже во время экономических кризисов, он постоянно растет, потому что люди осознали – мы то, что мы едим. И очень важно понимать, насколько безопасны те продукты питания, которые мы употребляем.

Н.Н.: Надежда, огромное спасибо за наш разговор и за то, что вы нам всю правду открыли о ГМО-продуктах.

С нами на связи была Надежда Новоселова, руководитель проектов Общенациональной Ассоциации генетической безопасности (ОАГБ). Мы продолжаем.

На сайте «Популярная механика» опубликовали новость о том, что японские ученые надеются прорубить земную кору насквозь. Люди, конечно, всегда хотели знать о том, что же находится под земной корой. «Человечество вот уже 50 лет пытается достичь мантии Земли, но раз за разом терпит неудачу. Совсем недавно, к примеру, организация Joint Oceanographic Institutions for Deep Earth Sampling попыталась выполнить эту амбициозную задачу, но смогла продвинуться вглубь лишь на… 700 метров». А вот японские ученые из агентства морских геологических наук «JAMSTEC» объявили, что в 2030 году смогут осуществить план по бурению земной коры. Насколько это возможно, что будет, если все-таки человек пробурит огромную дыру в Земле, мы узнаем у Владимира Леонидовича Сывороткина, доктора геолого-минералогических наук, ведущего научного сотрудника кафедры петрологии геологического факультета МГУ им. М. Ломоносова. Здравствуйте!

Владимир Сывороткин: Добрый день.

А.Х.: Расскажите нам, что же такое земная кора? И действительно ли можно ее, как говорят японские ученые, прорубить настолько далеко, чтобы все узнать?

В.С.: Давайте начнем с такой яростной критики этого термина. В геологии он не употребляется. Я думаю, что это огрехи вот этой «Популярной механики», которые термин «пробурить» перевели как «прорубить». Рубят просеки дровосеки, а в геологии бурят скважины или проходит горные выработки. В данном случае речь идет о морском бурении. Поэтому термин «прорубить» мы больше употреблять не будем, а будем говорить о морском бурении.

Что же такое земная кора? Это одно из главнейших понятий современной геологии. Это самая верхняя оболочка Земли нашей, которая, меняет свою толщину, примерно где-то на континентах от 70 км ее толщина, а в океанах – до 7 км. Видите, какая большая разница. Существует два типа земной коры, одна континентальная, а другая – океаническая. И сейчас мы заговорили об океанском бурении. Потому что под земной корой начинается следующая интересная оболочка – мантия. И мантия и земная кора разделяются между собой вот этой границей, которая называется Мохо или граница «М». Она открыта примерно 100 лет назад хорватом Мохоровичичем. Самое интересное, что вот это крупнейшее открытие в геологии границы между земной корой и мантией было сделано специалистом в области изучения физики облаков. Он был профессором, преподавал метеорологию. Но заодно он еще был директором метеослужбы и геодинамической службы, я боюсь сказать, что за государство тогда было, за эти 100 лет там раза три все поменялось. Наверное, тогда была Австро-Венгрия, потом стало Королевство Югославия, а потом же Хорватия. Поэтому в справочниках пишут, что хорватский ученый. То есть величайшее открытие в геологии сделал метеоролог. А что он сделал? Купил себе прибор, сейсмограф. И увидел, что из одного места вот эти сейсмические волны, которые постоянно, землетрясения по всей Земле распространяются, из разных мест пришли в одно и то же время. И тут он призадумался, как же так может быть. Одни волны шли по земной коре с меньшей скоростью, а другие шли по какому-то участку земли с большей скоростью. И вот тогда он открыл, что существует вот этот резкий скачок в изменении скорости сейсмических волн от 7 км/с до 8 с лишним. Это геофизическая граница. А что же за вещество там, мы до сих пор точно не знаем. Хотя почти все уверены, что эта граница на самом деле вещественна.

Мы уже сказали, что на материках эта граница Мохо на глубинах в десятки километров, под Андами она 70 км, где-то у нас 20-30 км. Но этого не пробуришь. Мировой рекорд бурения – это советская скважина на Кольском полуострове 12 232 метра пробурено. И то появились технические сложности, вес колонны там. Она снаружи-то почти метр была. И надо о ней тоже пару слов сказать. Внутри континентальной коры, она большая, тоже существует внутренняя граница между двумя слоями. Один из них называется гранитный слой, а другой – базальтовый слой. Но граниты и базальты тоже геофизические. Просто скорости прохождения сейсмических волн в верхней части соответствуют примерно скорости, с которой по гранитам идет. И вот эта граница называлась границей Конрада между базальтовым и гранитным слоем земной коры. Решили заложить такую скважину, чтобы посмотреть. И когда пробурили эту границу, то увидели, что вещественный состав, породы-то не изменились совершенно. Это был шок и вообще, наверное, одно из крупнейших открытий. Измеряем сейсмические волны, четко прослеживаем эту границу, когда резкий перелом скоростей, и мы так и думаем, что вот здесь некие граниты, а дальше пошли базальты, по которым скорость выше. А когда пробурили эту скважину, прошли насквозь эту границу Конрада, геофизический параметр скоростей изменился, а вещество осталось одно и то же. Вот эта загадка остается до сих пор.

Теперь мы возвращаемся к этой новой задаче, к мантии. Мы мантию тронуть не можем на континенте, потому что здесь земная кора десятки километров, лезем в океан. В океане земная кора в среднем 10 км, и она двухслойная. Она состоит из осадков, там 1-3 км осадки, бурить там просто. Трудность в чем? Даже не в том, что там платформу надо ставить. Там не платформа даже, два судна сейчас есть, японское и американское, два флагмана океанского бурения. И они, кстати, в паре работают. Вот этот проект, о котором мы говорим, там участвует и Америка, и Европа, и Корея. Потому что полмиллиарда это стоит, одним поднять трудно японцам. Но судно у них сейчас самое совершенное. Ну вот, трудность в том, что бурить-то надо вот этот базальтовый слой. Это магматические породы, их трудно бурить. Мы уяснили: земная кора в океане тонкая, но состоит из двух слоев: осадочный, который 2 км, пробурить осадки ничего не стоит, нефтяные скважины бурит весь мир, никаких проблем нет. А вот чтобы добраться до границы Мохо, вот этой геофизической границы, там реальный базальт. Это очень твердые породы, попробуй сквозь них продраться.

Кстати, предыдущая попытка для меня осталась загадкой. Это конец 2015 года, в январе. Американское судно «Resolution» собиралось пойти открывать эту границу Мохо и бурить Западно-Индийский хребет. Это на западе Индийского океана, там есть такая Атлантида. Они нашли, где граница Мохо почти наружу вылезает, и решили туда поплыть. И вот я решил посмотреть, поскольку год назад я тоже это рассказывал, давал интервью, в «Огоньке» большая статья была. А следов нет. И вдруг я нахожу, что в это время, оказывается, этот «Resolution» американский бурил скважину в Южно-Китайском море. Для меня это до сих пор осталось загадкой. На весь мир прокричал, что идет бурить на запад Индийского океана, под Африку, чуть-чуть восточнее, а сам залез в Южно-Китайское море и там бурил.

А.Х.: Наверное, специально, чтоб не рассекретили, чтоб кто-то первый не пробурил.

В.С.: Интересно, что в том проекте японское судно тоже должно было участвовать. Где-то в январе американцы собирались с Цейлона поплыть туда, под Африку. И бурить с американского судна они должны были до глубин порядка 4 км, но добуривать до планируемых 6 км должны были японцы с вот этого судна. Я так понимаю, что-то у них не получается, планы меняются, потому что вот этот первичный проект полумиллиардный, они планировали вот эту скважину бурить рекордную где-то 600 миль к востоку от Японии, недалеко, тут у себя. А сейчас, в сентябре они поплывут куда-то к Гавайским островам еще только выбирать площадку для бурения, место искать. Где они будут бурить, еще не знают. Хотя уже объявляли о том, что будут бурить. Сложно, когда человек что-то сказал, а потом начинает изучать детальнее обстановку, чувствует, что-то не получается, еще какое-то место ищет. Проект комплексный по своим задачам. Не только добыть вещество мантии, камни поднять.

А.Х.: Давайте представим, наступил 2030 год, определились с местом, нашли, как будем бурить, пробурили – и что дальше? Потому что вот меня в детстве учили, что нельзя вторгаться в Землю, матушка-природа сама все хорошо создала, и не надо бы человеку вторгаться. Что тогда может быть?

В.С.: Если мы попробуем начертить в земных масштабах, вы не сможете даже так тонко карандаш отточить, чтобы на бумаге в реальных масштабах на нашей планете отметить эту царапину, 7 км, что они там пробурят. С Землей с нашей ничего не случится. В такой скважине ничего не будет. Хотя вы правильно беспокоитесь, часто техническое внедрение, какие случаи известны? Построили в Индии водохранилище, плотину поставили, заполнили водохранилище – шарахнуло землетрясение, которого в тех местах и не бывало никогда. У нас вот все Подмосковье мусором завалено. А в Америке умные люди решили – жидкие отходы, правда – «давайте тут скважинку пробурим, километра 2, и туда спустим». Закачали. Как шарахнуло землетрясение, был сильнейший толчок. Грубо говоря, вот этот флюид отходный где-то что-то там смазал, какие-то блоки земной коры сдвинулись. В Средней Азии открыли крупное газовое месторождения, начали добычу, шарахнуло 7 с лишним баллов землетрясение. То есть вы совершенно прав, побеспокоиться надо.

Поэтому я, пожалуй, такую свою уверенность заберу обратно. Конечно, царапинка, кажется, маленькая. Но бог ее знает, действительно, - пробурили, морская вода может и туда пойти. Сложно, мало чего мы знаем. С точки зрения продвижения в науке я бы сказал, что будет какая-то победа, наверное, технологическая. Японо-американская победа, будем кричать «ура». Это вот как вчера День космонавтики был. Может, не прямо так, но где-то на грани. Именно технических наших, слава богу, что туда не надо человека засовывать. А с точки зрения наших знаний – сюрпризы всякие возможны. В целом, как мне представляется, о том, что такое мантия, ее вещественный состав, мы, конечно, себе представляем. Что граница Мохо – это граница вещественная. И основные породы, вот эти базальты океанские, которые слагают нижний слой океанской коры, сменяются ультраосновными породами. Почему мы знаем? Иногда в вулканах, вот эти трубки кимберлитовые – это же подарок из мантии нам пришел. И взрывы, выбросы вот этого мантийного материала на поверхности мы можем взять, пощупать. То есть мантийное вещество в руках мы держим и в целом себе представляем. Но, во-первых, эта граница Мохо может растянуться. А может, тоже сюрприз оказаться, что геофизическая граница есть, а вещественной нет.

А.Х.: В любом случае, поживем – увидим, как говорится.

В.С.: Конечно, это радостно, что есть такие люди. Технологическую мощь США мы тут должны отметить, при всем нашем мощном патриотизме. «Glomar Challenger» было судно, которое надо вспомнить и почтить память. Оно уже, наверное, не ходит, но была мощнейшая в 70-х годах программа на нем. Были тоже международные экспедиции. Они проделали колоссальную работу по бурению в океане, но вот в этом осадочном слое. Все океаны избурили, 10 с лишним лет плавали. А теперь вот эти два выходят. Но задача технологически стоит на порядок сложнее – пройти уже базальтовый слой, добуриться до мантии. 7 футов им под килем пожелаем.

А.Х.: Огромное спасибо вам, что вы смогли нам объяснить все очень подробно и ярко об этом вопросе.

С нами на связи был Владимир Леонидович Сывороткин, доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник кафедры петрологии геологического факультета МГУ им. М. Ломоносова. Мы продолжаем.

Вчера мы все отмечали День космонавтики. 56 лет с момента, когда впервые человек отправился в космос. Я думаю, что имя первого космонавта Юрия Алексеевича Гагарина знает каждый человек на Земле. Честно скажу вам, что с детства просто мечтала поговорить с человеком, который знает не понаслышке, что такое невесомость, который видел Землю, Луну, звезды из космоса. И сегодня у меня будет возможность поговорить с настоящим космонавтом. Я говорю об Андрее Ивановиче Борисенко, летчике-космонавте, Герое России. Андрей Иванович совсем недавно вернулся с орбиты. Андрей Иванович, здравствуйте.

Андрей Борисенко: Здравствуйте.

А.Х.: Прежде всего, от лица нашей радиостанции и от наших радиослушателей примите поздравления с праздником, с Днем космонавтики.

А.Б.: Спасибо. Я тоже с удовольствием поздравляю и ваш коллектив, и ваших радиослушателей с нашим общим праздником, всех россиян, как минимум. Всех россиян, потому что все, кто у нас работает, кто живет в России, хотя бы капельку своего труда вкладывает, зачастую даже не подозревая, в нашу космическую отрасль.

А.Х.: Наверное, к вам с вопросом «Ну как же там?» обращались столько раз, что вы уже даже перестали считать. Но все-таки, скажите, с чем можно сравнить перегрузки и ощущения, когда вы выходите в космос и обратно? Можно ли у нас на Земле где-то ощутить, хотя бы как-то, что ощущает космонавт?

А.Б.: Можно. Как-то ощутить можно. На мой взгляд, наиболее реально это ощутить на американских горках. Там достаточно большие скорости и резкие повороты моделируют, не очень здорово, но моделируют, приближают человека на горках к ощущениям тех перегрузок, которые космонавт испытывает на выведении и на пуске. Но хочу подчеркнуть, что ограничение перегрузок для американских горок – это 1,5 или 2 единицы, а мы на пуске как минимум 4,5 единицы испытываем. А в экстренных случаях доходит до 9.

А.Х.: А куда хуже или проще – на орбиту или с орбиты проходить? Или одинаково по ощущениям?

А.Б.: С точки зрения перегрузок, более комфортабельно при выведении на орбиту. Тем немного меньше перегрузки, чем на пуске. А на пуске перегрузки более интенсивные, и сами воздействия на пускаемый аппарат более хаотичные. Поэтому там более экстравагантные условия.

А.Х.: Сейчас во многих городах есть так называемые space boxes. Подобный есть во Владивостоке. Там можно купить еду из тюбика. Производители говорят, что она практически одинаковая с едой по вкусу, которой кормят вас. На ваш взгляд, какова космическая еда на вкус? Она вкусная, нет?

А.Б.: Космическая еда достаточно вкусная, но, к сожалению, она не совсем такая, как вкусная еда, к которой мы привыкли на Земле, вследствие специфики технологии ее изготовления. Потому что наша космическая еда должна храниться очень долго, примерно год-полтора, без специальных условий хранения. Переводя на русский язык, без холодильника. При этом недопустимы какие-либо искусственные консерванты и другие вещи, которые широко используются в нашей повседневности. Поэтому еда немного специфичная на вкус. Но на вкусная и достаточно полезная.

А.Х.: Суеверны ли космонавты? Есть ли у вас какие-то суеверия, приметы?

А.Б.: Конечно, есть. Достаточно много за космическую эру родилось различных традиций. Я избегаю слова «суеверие», это скорее традиции. Одна из самых известных традиций – это просмотр фильма «Белое солнце пустыни» накануне старта.

А.Х.: А почему именно этот фильм?

А.Б.: Как-то вот пошла традиция смотреть этот фильм. В глубокое советское время, когда эта традиция зародилась, это был фильм, который, с одной стороны, был достаточно веселый, интересный, остроумный, а с другой стороны, он настраивал на серьезный лад – если вы вспомните сам фильм, то это, конечно, не легкая комедия. Это серьезный фильм, который будит хорошие эмоции у человека. С тех пор и родилась эта традиция. Более того, она была нарушена только один раз, когда экипаж решил не смотреть «Белое солнце пустыни» перед пуском, потому что все его хорошо знают. Так вот, это был единственный на сегодняшний момент в истории пилотируемой космонавтики аварийный пуск, когда сработала система аварийного оповещения на старте, ракета взорвалась, и экипаж почти чудом остался жив. После этого случая никто из экипажей не рискует не смотреть «Белое солнце пустыни». И я думаю, что еще долгие годы никто не будет даже пытаться не посмотреть этот фильм перед пуском.

А.Х.: А лично вы сколько раз этот фильм смотрели?

А.Б.: Я этот фильм люблю с детства. Поэтому если суммировать все количество просмотров за свою жизнь, то, наверное, будет десятка два. Вообще, космонавты предложили устроить соревнования с режиссерами и сценаристами этого фильма, кто лучше знает фильм. Космонавты выиграли. Сценарист упустил уже к тому моменту некоторые подробности.

А.Х.: Я так понимаю, космонавт отправляется всегда надолго на орбиту. Конечно же, прежде всего, тоскует по своим близким. А вот о чем земном вы тоскуете там, в космосе?

А.Б.: Правильно вы сказали, больше всего космонавты тоскуют по своим близким, по друзьям, по семьям, по женам, по детям. Это, наверное, самая сложная часть нашей работы, отсутствие наших близких рядом. А все остальное – это специфика нашей профессии. Отсутствие каких-то дополнительных земных радостей не сильно мешает жить и работать. Тем более что вид Земли из иллюминаторов настолько потрясающий, настолько красивый и необычный, что это компенсирует большинство наших неудобств.

А.Х.: А на Земле тоскуете о космосе?

А.Б.: Я слышал так, что у многих – когда летаешь в космосе, хочется на Землю, а как сели, тут же хочется назад. Это действительно очень затягивает. Это прекрасная профессия, несмотря на все ее сложности. Для меня это самая лучшая профессия.

А.Х.: Когда вы летели в первый раз, я понимаю, что вас учили, вы, наверное, были морально готовы, но все-таки – страшно было?

А.Б.: Было страшно интересно. Конечно, профессия до сих пор несет с собой большие риски. Но мы очень много времени тратим на тренировки для парирования всевозможных внештатных ситуаций. Пожар, разгерметизация, загрязнение атмосферы и т.д. Тех внештатных ситуаций, которые несут угрозу жизни экипажа и существованию самой станции. Когда хорошо представляешь, что нужно делать, когда может произойти та или иная неприятность, бояться некогда, надо просто делать.

А.Х.: А когда в открытый космос выходили, какие ощущения?

А.Б.: К сожалению, на этот вопрос я пока не могу ответить. Задайте мне его после следующего космического полета. Пока программа и в первый, и во второй полет была построена таким образом, что в космос мне выходить не пришлось. Но я надеюсь, что все еще впереди.

А.Х.: Насчет чрезвычайных ситуаций – во многих фильмах я видела, как космонавты отрываются от креплений и улетают в открытый космос. Это вообще возможно?

А.Б.: К сожалению, возможно. Это действительно одна из внештатных ситуаций, она крайне опасна. Поэтому нас на Земле заранее учат до уровня рефлексов выполнять те действия, которые ни в коем случае не позволят это сделать.

А.Х.: Вы сказали о том, что Земля очень красивая. А когда вы в первый раз увидели, с чем у вас ассоциировался вид?

А.Б.: С огромным, гигантским глобусом, прекрасно выполненным, на который смотришь сверху и видишь очень многие вещи, которые на Земле вот так просто не замечаешь. Такая картинка сверху не дает подробностям скрыть картинку. Поэтому из космоса есть возможность посмотреть красивейшие места на Земле. Посмотришь на эти места, и хочется туда попасть.

А.Х.: А Луну видели? Она какая?

А.Б.: Да, конечно. Она тоже красивая. Но мне все-таки кажется, что Луна на Земле, может быть, была и даже более эффектная, чем в космосе, потому что все-таки наша атмосфера работает, как увеличительная линза. И Луна кажется более крупной, когда она находится в определенных точках небесной сферы.

А.Х.: А звезды?

А.Б.: Звезды в космосе ведь не мерцают ввиду отсутствия той же самой атмосферы. Когда смотришь на Земле, видишь такое загадочное мерцание звезд, которое придает дополнительное волшебство этой картине. Поэтому мне кажется, что с Земли звезды красивее.

А.Х.: А вы с детства мечтали стать космонавтом или потом пришло это осознание – хочу в космос полететь?

А.Б.: Я не знаю, то ли не повезло, то ли наоборот, повезло – желание летать в космос как космонавт у меня родилось очень давно, это действительно шло с детства. Мне это, наверное, и позволило построить свою жизнь так, чтобы постепенно, шаг за шагом двигаться к этой мечте, что в общем-то получилось. Мне очень повезло, обстоятельства мне позволили пройти этот пусть полностью.

А.Х.: Многие мальчики и девочки хотят стать космонавтами. А о чем мечтает космонавт?

А.Б.: Я мечтаю о том, чтобы полететь в космос снова. Все-таки есть две вещи: можно мечтать полететь в космос, а можно мечтать летать в космос. Я мечтаю летать в космос.

А.Х.: Огромное спасибо, что вам удалось выйти с нами на связь. Мы желаем вам еще не раз слетать в космос и выйти в открытый космос.

Мы только что общались с настоящим космонавтом, с Героем России, летчиком-космонавтом Андреем Ивановичем Борисенко.

Это была программа «Научный четверг». У микрофона была Александра Хворостова. Всем пока!

salt.zone

Откуда берутся вода и кислород на МКС? / Habr

Гимн 13 отдела.

Не космонавты мы, не летчики,
Не инженеры, не врачи.
А мы водо-водопроводчики:
Мы гоним воду из мочи!
И не факиры, братцы, вроде мы,
Но, не бахвалясь, говорим:
Круговорот воды в природе мы
В системе нашей повторим!
Наука наша очень точная.
Вы только дайте мысли ход.
Мы перегоним воды сточные
На запеканки и компот!
Проехав все дороги Млечные,
Не похудеешь вместе с тем
При полном самообеспеченьи
Наших космических систем.
Ведь даже торты превосходные,
Люля кебаб и калачи
В конечном счете — из исходного
Материала и мочи!
Не откажите ж, по возможности,
Когда мы просим по утрам
Наполнить колбу в общей сложности
Хотя бы каждый по сто грамм!
Должны по-дружески признаться мы,
Что с нами выгодно дружить:
Ведь без утили-тилизации
На белом свете не прожить!!!

(Автор — Варламов Валентин Филиппович — псевдоним В.Вологдин)

Вода–основа жизни. На нашей планете уж точно. На какой нибудь «Гамма-Центавра» возможно всё по другому. С наступлением эпохи освоения космоса, значение воды для человека лишь возросло. От Н2О в космосе зависит очень многое, начиная от работы самой космической станции и заканчивая выработкой кислорода. Первые космические аппараты не имели замкнутой системы «водоснабжения». Вся вода и прочие «расходники» бралась на борт изначально, еще с Земли.

«Предыдущие космические миссии – Меркурий, Джемини, Аполлон, брали с собой все необходимые запасы воды и кислорода и сбрасывали жидкие и газообразные отходы в космос», — поясняет Роберт Багдижян (Robert Bagdigian) из Центра Маршалла.

Если сформулировать кратко: системы жизнеобеспечения космонавтов и астронавтов были «разомкнутыми» – они полагались на поддержку с родной планеты.

Про йод и КА «Апполон», роль туалетов и варианты (UdSSR or USA) утилизации отходов жизнедеятельности на ранних КА я расскажу в другой раз.

На фото: портативная система жизнеобеспечения экипажа «Аполлон-15», 1968 г.

Оставив рептилоида я подплыл к шкафчику санитарных средств. Повернувшись спиной к счетчику, достал мягкий гофрированный шланг, расстегнул брюки.
– Потребность в удалении отходов?
Господи…
Отвечать я, конечно, не стал. Включил отсос, и попытался забыть про любопытный взгляд рептилоида, буравящий спину. Ненавижу эти мелкие бытовые проблемы.

«Звёзды — холодные игрушки», С.Лукьяненко

Вернусь к воде и О2.

Сегодня на МКС частично замкнутая система регенерации воды, и я попробую рассказать о подробности (на сколько сам в этом разобрался).

В соответствии с ГОСТ 28040-89 (даже не знаю действует ли он ещё)" Система жизнеобеспечения космонавта в пилотируемом космическом аппарате"-СЖО космонавта-это «Совокупность функционально взаимосвязанных средств и мероприятий, предназначенных для создания в обитаемом отсеке пилотируемого космического аппарата условий, обеспечивающих поддержание энергомассообмена организма космонавта с окружающей средой на уровне, необходимом для сохранения его здоровья и работоспособности». В состав СЖО космонавта входят следующие системы:

*СОГС — система обеспечения газового состава,
*СВО — система водообеспечения,
*ССГО — система санитарно-гигиенического обеспечения,
*СОП — система обеспечения питанием,
*СОТР — система обеспечения теплового режима.

Можно гордиться. Робин Карраскилло (Robyn Carrasquillo), технический руководитель проекта ECLSS:

«Русские опередили нас в этой области, ещё космические аппараты «Салют» и «Мир» были способны конденсировать влагу из воздуха и использовали электролиз – пропускание электрического тока через воду–для производства кислорода».

Как всё начиналось (у нас).

1.СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ В ГЕРМЕТИЧНЫХ КАБИНАХ СТРАТОСТАТОВ, РАКЕТ И ПЕРВЫХ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ

Первому посещению человеком пространства за линией Кармана в космическом корабле предшествовали запуски стратостатов, ракет и искусственных спутников Земли, в которых имелись системы жизнеобеспечения для людей и животных (большей частью для собак).

В стратостатах «СССР-1» (1933 г.) и «Осоавиахим-1» (1934 г.) системы жизнеобеспечения включали запасы криогенного и газообразного кислорода; последний находился в баллонах под давлением 150 атм. Диоксид углерода удалялся с помощью ХПИ — химического поглотителя известкового в соответствии с реакцией: Са (ОН)2 + СО2 = Са (СО3) + Н2О

В состав ХПИ входит 95 % Са (ОН)2 и 5 % асбеста.

В ракетах, с помощью которых производилось зондирование ближнего космоса, находилась герметичная кабина с животными, имеющая в своем составе три баллона для смеси воздуха и кислорода. Диоксид углерода, выделяемый животными, удалялся с помощью ХПИ.

На фото: капсула «звездных собак» Белки и Стрелки, в которой они вернулись на Землю.
На борту первых искусственных спутников Земли в состав систем жизнеобеспечения для собак входили некоторые элементы будущих СЖО для космонавтов: устройство для приема пищи, ассенизационное устройство; очистка атмосферы и обеспечение кислородом осуществлялось с помощью надперекисных соединений, которые при поглощении диоксида углерода и паров воды выделяли кислород в соответствии с реакциями:

4КО2 + 2 Н2О = 3О2 + 4 КОН
2КОН + СО2 = К2 СО3 + Н2О
К2 СО3 + Н2О + СО2 = 2 КНСО3

2. СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ ТИПА «БИОН» И «ФОТОН»

Биологические спутники Земли-автоматические космические аппараты «БИОН» и «ФОТОН» предназначены для исследований влияния факторов космического полета (невесомость, радиация и др.) на организм животных. Примечательно, что Россия- по сути единственная страна в мире, имеющая автоматические космические аппараты для исследований на биологических объектах. Другие страны вынуждены посылать животных в Космос на наших аппаратах.

В разные годы научными руководителями программы «БИОН» были О.Г. Газенко и Е.А. Ильин. В настоящее время научным руководителем программы «БИОН» является О.И. Орлов, заместителями — Е.А. Ильин и Е.Н. Ярманова.

Биологический спутник «БИОН» снабжен системами водообеспечения и кормления животных, системой термовлагорегулирования, системой «день-ночь», системой обеспечения газового состава и др.

Система обеспечения газового состава автоматических космических аппаратов «БИОН» и «ФОТОН» предназначена для обеспечения животных кислородом, удаления диоксида углерода и газообразных микропримесей в спускаемом аппарате.

Состав:

— патронов с кислородосодержащим веществом и поглотителем вредных микропримесей;
— патрона с поглотителем диоксида углерода и вредных микропримесей;
— электровентиляторов;
— датчиков для индикации работоспособности вентиляторов и герметичности газовых трактов;
— газоанализатора;
— блока управления и контроля.

Система обеспечивает комфортные условия в газовой среде спускаемого аппарата (замкнутый герметичный объем, содержащий 4,0-4,5 м3 воздуха) и представляет собой три регенеративных патрона и поглотительный патрон с электровентилятором на каждый патрон, обеспечивающих регенерацию воздуха по СО2, О2, СО и прочим вредным примесям. Включение и выключение микрокомпрессоров позволяет обеспечить заданный состав атмосферы объекта.

Принцип работы: воздух объекта вентилятором прокачивается через регенеративный патрон, где очищается от СО2 и вредных примесей и обогащается кислородом.

Избыток диоксида углерода убирается путем периодического включения поглотительного патрона. Поглотительный патрон также обеспечивает очистку от вредных примесей. Система работает с блоком управления и контроля и газоанализатором по кислороду и диоксиду углерода. При падении парциального давления кислорода до 20,0 кПа включается первый регенеративный патрон.

Если парциальное давление кислорода больше или равно 20,8 кПа, регенеративный патрон отключается и включается вновь при парциальном давлении кислорода 20,5 кПа. Включение второго и последующих патронов происходит при парциальном давлении кислорода 20,0 кПа (при условии падения концентрации), причем ранее включенные патроны продолжают работать.
Поглотительный патрон включается периодически при парциальном давлении диоксида углерода 1,0 кПа, выключается при парциальном давлении диоксида углерода 0,8 кПа, вне зависимости от работы регенеративного патрона.

3. СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЗАПАСОВ ДЛЯ ЭКИПАЖЕЙ КОСМИЧЕСКИХ КОРАБЛЕЙ ТИПА «ВОСТОК», «ВОСХОД», «СОЮЗ», «МЕРКУРИЙ», «ДЖЕМИНИ», «АПОЛЛОН», «ШАТТЛ», ОРБИТАЛЬНОЙ СТАНЦИИ «СКАЙЛЭБ»

Системы жизнеобеспечения советских космических кораблей типа «Восток», «Восход», «Союз», а также американских «Меркурий», «Джемини», «Аполлон» и транспортного корабля многоразового использования «Шаттл» были основаны полностью на запасах расходуемых материалов: кислорода, воды, пищи, средств удаления СО2 и вредных микропримесей.

4. РЕГЕНЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ЭКИПАЖЕЙ ОРБИТАЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ «САЛЮТ», «МИР», «МКС»

Функционирование систем жизнеобеспечения базирующихся на основе запасов расходуемых веществ, взятых с Земли, имеют существенный недостаток: их масса и габариты возрастают прямо пропорционально длительности космической экспедиции и количеству членов экипажей. По достижении определенной продолжительности полета СЖО на основе запасов могут быть препятствием для реализации экспедиции.

В таблице приведены массовые характеристики СЖО, основанных на запасах расходуемых веществ применительно к экспедиции длительностью 50, 100 и 500 суток для экипажа, состоящего из 6 человек:

Основываясь на нормах потребления основных компонентов СЖО, полученных в результате многолетней практики длительных орбитальных полетов на станциях типа «САЛЮТ», «МИР» и «МКС» (кислород — 0,96 кг/чел.сут., питьевая вода — 2,5 кг/чел.сут., пища — 1,75 кг/чел.сут. и т.д.), легко подсчитать, что необходимая масса запасов для экипажа, состоящего из 6 — и человек в условиях 500-суточного полета без учета массы тары и систем хранения составило бы величину более 58 тонн (см.табл.). В случае использования систем жизнеобеспечения, основанных на запасах расходных материалов, понадобилось бы создание систем хранения продуктов жизнедеятельности космонавтов: фекалий, мочи, конденсата атмосферной влаги, использованных санитарно-гигиенических и кухонных вод и т.д.

Что по факту трудно реализуемо или вообще неосуществимо (полёт к Марсу например).

В 1967-1968 годах в Институте медико-биологических проблем МЗ был проведен уникальный годовой медико-технический эксперимент с участием трех испытателей: Г.А.Мановцева, А.Н.Божко и Б.Н.Улыбышева. В гермокамерном эксперименте, длившемся 365 суток, проходила медико-биологическая и техническая оценка нового комплекса регенерационных систем жизнеобеспечения.

В состав СЖО наземного лабораторного комплекса входили:

система удаления диоксида углерода, система очистки атмосферы от вредных микропримесей,
система генерирования кислорода, система регенерации воды из влагосодержащих продуктов жизнедеятельности испытателей, санитарно-гигиеническое оборудование, оранжерея, система контрольно-измерительной аппаратуры.

Экспериментальные регенерационные системы жизнеобеспечения на основе физико-химических процессов, испытанные в годовом медико-техническом эксперименте, явились прототипом штатных СЖО для экипажей орбитальных станций «Салют», «МИР» и «МКС».

Впервые в мировой практике пилотируемых полётов на космической станции «Салют-4» функционировала регенерационная система «СРВ-К»-система получения питьевой воды из конденсата атмосферой влаги. Экипаж в составе А.А.Губарева и Г.М.Гречко использовал воду, регенерированную в системе «СРВ-К», для питья и приготовления пищи и напитков. Система работала в течение всего пилотируемого полёта станции. Аналогичные системы типа «СРВ-К» работали на станциях «Салют-6», «Салют-7», «МИР».

Прим. от 28.02.17: спасибо за помощь в правке и познании этимологии artyums

Отступление:
20 февраля 1986 года вышла на орбиту советская орбитальная станция «Мир».

23 марта 2001 года она была затоплена в Тихом океане.

Нашу станцию «Мир» затопили, когда ей исполнилось 15 лет. Сейчас двум российским модулям, которые входят в состав МКС, уже тоже по 17. Но МКС никто пока топить не собирается…

Эффективность использования регенерационных систем подтверждена опытом многолетней эксплуатации например орбитальной станции «МИР», на борту которого успешно функционировали такие подсистемы СЖО, как:

«СРВ-К» — система регенерации воды из конденсата атмосферной влаги,
«СРВ-У» — система регенерации воды из мочи (урины),
«СПК-У» — система приема и консервации мочи (урины),
«Электрон» — система генерирования кислорода на основе процесса электролиза воды,
«Воздух» — система удаления диоксида углерода,
«БМП» — блок удаления вредных микропримесей и др.

Аналогичные регенерационные системы (за исключением «СРВ-У») успешно функционируют в настоящее время на борту Международной космической станции (МКС).

В состав системы обеспечения жизнедеятельности (СОЖ) МКС входит подсистема обеспечения газового состава (СОГС). Состав: средства контроля и регулирования атмосферного давления, средства выравнивания давления, аппаратуру разгерметизации и наддува ПхО, газоаналитическую аппаратуру, систему удаления вредных примесей БМП, систему удаления углекислого газа из атмосферы «Воздух», средства очистки атмосферы. Составной частью СОГС являются средства кислородообеспечения, включающие твердотопливные источники кислорода (ТИК) и систему получения кислорода из воды «Электрон-ВМ». При стартовом запуске на борту СМ имелось всего лишь 120 кг воздуха и два твердотопливных генератора кислорода ТГК.

→ Прямая онлайн трансляция с веб-камеры на МКС.

Для доставки 30 000 литров воды на борт орбитальной станции «МИР» и «МКС» потребовалось бы организовать дополнительно 12 запусков транспортного корабля «Прогресс», величина полезной нагрузки которого составляет 2,5 тонны. Если принять во внимание тот факт, что «Прогрессы» оборудованы баками для питьевой воды типа «Родник» емкостью 420 л, то количество дополнительных запусков транспортного корабля «Прогресс» должно было бы увеличиться в несколько раз.

На МКС цеолитовые поглотители системы «Воздух» захватывают углекислый газ (CO2) и высвобождают его в забортное пространство. Теряемый в составе CO2 кислород восполняется за счет электролиза воды (разложения ее на водород и кислород). Этим на МКС занимается система «Электрон», расходующая 1 кг воды на человека в сутки. Водород сейчас стравливают за борт, но в перспективе он поможет превращать CO2 в ценную воду и выбрасываемый метан (Ch5). И конечно, на всякий случай на борту есть кислородные шашки и баллоны.

На фото: кислородный генератор и тренажер для бега на МКС, которые вышли из строя в 2011.

На фото: астронавты налаживают систему дегазации жидкостей для биологических экспериментов в условиях микрогравитации в лаборатории «Дестини».

На фото: Сергей Крикалёв с устройством электролиза воды «Электрон»

К сожалению полного круговорота веществ на орбитальных станциях пока не достигнуто. На данном уровне технологий с помощью физико-химических методов не удается осуществить синтез белков, жиров, углеводов и других биологически активных веществ. Поэтому диоксид углерода, водород, влагосодержащие и плотные отходы жизнедеятельности космонавтов удаляются в вакуум космического пространства.

Санузел на космической станции выглядит так

В служебном модуле МКС введены и функционируют системы очистки «Воздух» и БМП, усовершенствованные системы регенерации воды из конденсата СРВ-К2М и генерации кислорода «Электрон-ВМ», а также система приема и консервации урины СПК-УМ. Производительность усовершенствованных систем увеличена более чем в 2 раза (обеспечивает жизнедеятельность экипажа до 6 человек), а энерго- и массозатраты снижены.

За пятилетний период (данные на 2006 г.) их эксплуатации регенерировано 6,8 тонны воды 2,8 тонны кислорода, что позволило уменьшить массу доставляемых на станцию грузов более, чем на 11 тонн.

Задержка с включением в состав комплекса СЖО системы регенерации воды из урины СРВ-УМ не позволила осуществить регенерацию 7 тонн воды и уменьшить массу доставки.

«Второй фронт» — американцы

Техническая вода из американского аппарат ECLSS поставляется в российскую систему и американскую OGS (Oxygen Generation System), где затем «перерабатывается» в кислород.

Процесс восстановления воды из мочи – сложная техническая задача: «Моча гораздо «грязнее» водяных испарений, — объясняет Карраскилло, — Она способна разъедать металлические детали и засорять трубы». Система ECLSS использует для очищения мочи процесс, называемый парокомпрессионная дистилляция: моча кипятится до тех пор, пока вода из неё не превратится в пар. Пар – естественно очищенная вода в парообразном состоянии (за исключением следов аммиака и других газов) – поднимается в дистилляционную камеру, оставляя концентрированную коричневую жижу нечистот и солей, которую Карраскилло милосердно называет «рассолом» (который затем выбрасывается в открытый космос). Затем пар охлаждается, и вода конденсируется. Полученный дистиллят смешивается со сконденсированной из воздуха влагой и фильтруется до состояния, пригодного для питья. Система ECLSS способна восстановить 100% влаги из воздуха и 85% воды из мочи, что соответствует суммарной эффективности около 93%.

Описанное выше, однако, относится к работе системы в земных условиях. В космосе появляется дополнительная сложность – пар не поднимается вверх: он не способен подняться в дистилляционную камеру. Поэтому в модели ECLSS для МКС «…мы вращаем дистилляционную систему для создания искусственной гравитации, чтобы разделить пары и рассол», — поясняет Карраскилло.

Перспективы:
Известны попытки получить синтетические углеводы из продуктов жизнедеятельности космонавтов для условий космических экспедиций по схеме:

По этой схеме продукты жизнедеятельности сжигаются с образованием диоксида углерода, из которого в результате гидрирования образуется метан (реакция Сабатье). Метан может быть трансформирован в формальдегид, из которого в результате реакции поликонденсации (реакция Бутлерова) образуются углеводы-моносахариды.

Однако полученные углеводы-моносахариды представляли собой смесь рацематов — тетроз, пентоз, гексоз, гептоз, не обладающих оптической активностью.

Прим. Я даже боюсь покопаться в «вики-знаниях», чтобы вникнуть в их смысл.

Современные СЖО, после их соответствующей модернизации могут быть положены в основу создания СЖО, необходимых для освоения дальнего космоса.

Комплекс СЖО позволит обеспечить практически полное воспроизводство воды и кислорода на станции и может являться основой комплексов СЖО для намечаемых полетов к Марсу и организации базы на Луне.

Большое внимание уделяется созданию систем, обеспечивающих наиболее полный круговорот веществ. С этой целью вероятнее всего будут использовать процесс гидрирования диоксида углерода по реакции Сабатье или Боша-Будуара, которые позволят реализовать круговорот по кислороду и воде:

СО2 + 4Н2 = СН4 + 2Н2О
СО2 + 2Н2 = С + 2Н2О

В случае экзобиологического запрета выброса СН4 в вакуум космического пространства метан может быть трансформирован в формальдегид и нелетучие углеводы-моносахариды по следующим реакциям:

СН4 + О2 = СН2О + Н2О
поликонденсация
nСН2О — ? (СН2О)n
Са (ОН)2

Хочется отметить, что источниками загрязнения среды обитания на орбитальных станциях и при длительных межпланетных перелётах являются:

— конструкционные материалы интерьера (полимерные синтетические материалы, лаки, краски)
— человек (при перспирации, транспирации, с кишечными газами, при санитарно-гигиенических мероприятиях, медицинских обследованиях и др.)
— работающая электронная аппаратура
— звенья систем жизнеобеспечения (ассенизационное устройство-АСУ, кухня, сауна, душ)
и многое другое

Очевидно, что потребуется создание автоматической системы оперативного контроля и управления качеством среды обитания. Некая АСОКУКСО?

Ой не зря в Бауманке специальность по СЖО КА называлась студентами: ЖОПА…

Что расшифровывалось, как:

ЖизнеОбеспечение Пилотируемых Аппаратов

Код точно не помню, кафедра Э4.

Окончание: может я не всё учел и где-то перепутал факты, цифры. Тогда дополняйте, поправляйте и критикуйте.

На это «словоблудие» меня подтолкнула интересная публикация:Овощи для астронавтов: как растят свежую зелень в лабораториях НАСА.

Мой младший отпрыск сегодня в школе начал сколачивание «исследовательской группы- банды» для выращивания пекинского салата в старой микроволновке. Вероятно решили себя обеспечить зеленью при путешествии на Марс. Старую микроволновку придётся покупать на AVITO, т.к. мои пока все функционируют. Не ломать ведь специально?

Прим. на фото, конечно не мой ребёнок, да и не будущая жертва эксперимента-микроволновка.

Как я и обещал marks@marks, если, что-то выйдет-фотки и результат скину на ГИК. Выращенный салат могу послать почтой РФ желающим, за отдельную плату конечно.

Первоисточники:

АКТОВАЯ РЕЧЬ доктора технических наук, профессор, заслуженного деятеля науки РФ Ю.Е. СИНЯК (РАН) «СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ ОБИТАЕМЫХ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
(Прошлое, настоящее и будущее)» /Москва Октябрь 2008. Основная часть текста отсюда
«Живая наука» (http://livescience.ru)-Регенерация воды на МКС.
АО «НИИхиммаш» (www.niichimmash.ru). Публикации сотрудников АО «НИИхиммаш».
Интернет-магазин «Еда космонавтов»

Использованы фото, видео и документы:

habr.com

Полезные ископаемые в космосе | Журнал Популярная Механика

Разговоры о добыче полезных ископаемых на небесных телах кажутся либо абсолютной фантастикой, либо делом далекого будущего. Однако уже сегодня есть люди, которые готовы перевести эти разговоры в практическую плоскость и мало-помалу превращать фантастику в бизнес-стратегию.

В нынешнем апреле группа инвесторов совместно с несколькими ветеранами аэрокосмической области учредила новую компанию, Planetary Resources, чья задача состоит в разработке полезных ископаемых, содержащихся в астероидах. «Ставка на прорыв в научно-технической сфере подразумевает исключительный коммерческий риск», — говорит сопредседатель в правлении этого стартапа Питер Диамандис. Компания поддерживается такими первопроходцами в технической сфере, как гендиректор компании Google Ларри Пейдж, кинорежиссер и изобретатель Джеймс Кэмерон, гуру программирования из компании Microsoft Чарльз Симоний. Конечно, все эти люди не рассчитывают на быстрый возврат инвестиций. «Полеты к астероидам начнутся уже через несколько лет, — говорит другой сопредседатель Эрик Андерсон, — но мы планируем нашу деятельность в расчете на столетнюю перспективу развития этой отрасли».

Шаг 1. Анализируем перспективы

Прежде чем начать добычу полезных ископаемых в космосе, компании Planetary Resources нужно подобрать астероид, который пообещал бы при разработке хорошую экономическую отдачу. Однако астероиды — это не звезды, а небольшие темные небесные тела, которые очень трудно разглядеть через толщу земной атмосферы. Лучше всего было бы охотиться на них с помощью телескопа, подвешенного в космическом пространстве. Вот почему в штаб-квартире компании Planetary Resources, расположенной в Бельвю, штат Вашингтон, президент компании, а по совместительству и ее главный инженер Крис Левицки уже приступил к сборке телескопа серии Arkyd 100. Это будет первый космический телескоп во владении частной компании.

---

Что можно искать в космосе?

Воду. Хондритовый астероид (С-типа) диаметром всего 7 м может содержать в себе 100 тонн воды. Она может потребоваться для синтеза ракетного топлива или для жизнеобеспечения астронавтов.
Металлы. Металлический астероид размером 24 м может содержать 33000 тонн пригодного к использованию металла. Одной только платины в нем содержится количество, эквивалентное 50 миллионам долларов. Вот только смогут ли космические згорнодобытчики воспользоваться этими богатствами?

Космический аппарат весом всего 20 кг будет поменьше и попроще, чем любой из космических телескопов, построенных на государственные средства. Hubble, например, обошедшийся казне в полтора миллиарда долларов, имеет первичное зеркало диаметром 235 см, а зеркало телескопа Arkyd составит в диаметре всего-то 22,5 см. Hubble обладает широким полем зрения и набором инструментов, позволяющих сканировать глубины космического пространства. Arkyd нацелен на гораздо более простую задачу — поиск объектов пределах Солнечной системы. Малые размеры — большая экономия. Стоимость вывода таких аппаратов на орбиту можно радикально снизить, запуская их в качестве дополнительного груза вместе с крупными спутниками на чужих ракетах-носителях.

Planetary Resources собирается построить целый флот таких малоразмерных космических телескопов, снизив стоимость каждого как минимум до $10 млн. Такая стратегия позволяет и подстраховаться на случай отказа одного из аппаратов. «Необходимо поставить эту работу на конвейер, — говорит Левицки (ранее он в Лаборатории реактивного движения занимался темой полетов на Марс). — Неправильно было бы вложить все средства в один драгоценный аппарат, чтобы потом носиться с ним как с писаной торбой».

На этом этапе компания уже совершит первую попытку окупить свои капиталовложения, сдавая в аренду аппараты Arkyd 100. Телескопы космического базирования могут заинтересовать и астрономов, и тех ученых, которым было бы интересно исследовать земную поверхность с разрешением около 2 м на пиксель. Первый свой аппарат Planetary Resources планирует запустить уже к концу 2013 года, а какова будет стоимость аренды, руководство компании пока не решило.

При разработке космических полезных ископаемых вода будет цениться намного дороже золота. Ее ценность становится наглядной, если вспомнить, из каких элементов она состоит. Водород — то самое, что нужно для перезарядки топливных элементов, при повторном соединении водорода с кислородом мы получим весьма энергоемкое топливо. Воду намного дешевле будет находить в космосе, чем доставлять с Земли. Ведь запуск в космос каждого килограмма обойдется в десятки тысяч долларов. Компания Planetary Resources может извлекать прибыль, продавая добытую в космосе воду каким-либо государственным космическим агентствам или частным космоперевозчикам. Цена такой воды может быть ниже, чем стоимость ее доставки с Земли, и при этом такая торговля может оказаться весьма прибыльной.

Лучшими источниками h3O могут считаться астероиды из углеродистого хондрита. Как говорит Джон Льюис, заслуженный профессор Университета Аризоны и автор книги «Полезные ископаемые в небесах», упомянутые выше астероиды (их еще называют астероидами С-класса) имеют рыхлую, хрупкую структуру. «Кубик такого минерала можно раздавить, просто сжав между большим и указательным пальцами». На таком астероиде бурение не потребуется — чтобы извлечь воду, достаточно будет просто скоблить его поверхность.

Сотрудник NASA стоит перед шестью сегментами главного зеркала из космического телескопа Джеймса Уэбба. Пионеры внеземной геологоразведки станут первыми частными владельцами космических телескопов. Возможно, они даже будут сдавать их в аренду.

Шаг 2. Найти и «застолбить» участок

Космические телескопы засекли какой-то перспективный в плане разработки космический объект. Теперь у нас есть только один способ выяснить, чего стоят содержащиеся в нем ресурсы — подобраться к нему поближе.

Дальнейший сценарий в компании Planetary Resources представляют себе так. Целая стая роботов-разведчиков направляется в сторону обнаруженного астероида (он относится к классу «околоземных астероидов» или NEA) и облетает его со всех сторон. «Наши межпланетные зонды будут стоить во много раз меньше, чем нынешние модели, а для этого необходимо радикально изменить подход к задаче», — говорит Диамандис. Новый вид реактивного движителя, который при этом имеется в виду, агентство NASA уже дважды использовало в исследованиях глубокого космоса. Речь идет ионном двигателе, в котором поток ионизированного газа (ксенона), разгоняются в электростатическом поле. В результате формируется тяга, которая неспешно, в течение нескольких лет способна разогнать космический аппарат до приличных скоростей. Процесс довольно медленный, но к финишу скорость может превышать 300 000 км/час.

Интересующие нас астероиды будут, скорее всего, иметь в диаметре километр-полтора. Небесные тела таких размеров слишком малы, чтобы породить заметную силу притяжения. Посадка космического аппарата на такой «камень» просто невозможна. Здесь, скорее, следует говорить о «стыковке». Зонд медленно приблизится к поверхности астероида, мягко коснется цели, после чего нужно будет задействовать что-то вроде якоря. Если для этой цели использовать кошки или крючья, есть вероятность, что якорная лапа выворотит из поверхности кусок породы, а сам аппарат, ударившись, отлетит от астероида. Разумнее было бы использовать какие-то буровые устройства, которые могли бы ввинчиваться в посадочную площадку, надежно удерживая аппарат на поверхности планеты.

После этого робот может провести химический анализ породы, определить, есть ли там вода и какие-либо металлы. Результаты анализа будут переданы на Землю. Идеальным для такого экспресс-анализа можно было бы считать спектроскоп на базе лазерно-индуцированного пробоя среды (LIBS). При этой методике под воздействием лазерного луча поверхность образца испаряется, после чего соответствующие датчики могут анализировать свет, излученный плазмой, возникшей в результате испарения, и фиксировать наличие в образце тех или иных элементов. Первые аппараты, построенные на принципе LIBS, ChemCam, будут задействованы при исследовании чужих миров, когда ровер Curiosity достигнет Марса на борту отправленного NASA космического аппарата.

Астероид пойман и готов к доставке. Для дальнейшего обследования и переработки астероиды можно подтащить поближе к Земле. В своем апрельском отчете Институт космических исследований Кека, действующий при Калифорнийском технологическом институте, расписал, как можно было бы перевести один из астероидов на лунную орбиту. Такое космическое тело могло бы стать для астронавтов весьма привлекательной тренировочной площадкой. «Выполнение этой программы будет очередным шагом на пути в солнечную систему», — говорит один из руководителей проекта Луис Фридман. На иллюстрации: 1.Обмеры. Комплекс лазеров и радаров выдает информацию о размерах астероида. После этого космический аппарат развертывает свой высокопрочный сачок до нужного размера. Конструкция из надувных лап, соединенных между собой тросами, должна плотно охватить пойманный астероид. 2.Отлов жертвы. Итак, астероид пойман в сачок. Датчики, закрепленные на конструкции снаружи, позволяют убедиться, что астероид не греется и не теряет свой водный запас. 3.Доставка домой. Аппарат отправляется в долгий обратный путь к лунной орбите. Эта дорога может занять шесть лет, и только по прибытии будет начата разработка астероида.

Зонд-разведчик может также пометить выбранный астероид, закрепив на его поверхности радиомаячок. Как утверждают в руководстве компании, такой маячок нужен не только для того, чтобы облегчить в дальнейшем поиск выбранного астероида. «Установка радиомаяка может служить неким юридическим жестом, подтверждающим право владения», — говорит Диамандис.

Вопрос о претензиях частной компании на какой-либо астероид пока слабо отражен в международном законодательстве. В 1967 году был заключен Договор по космосу, а сейчас его ратифицировало более сотни государств. Уже в будущем десятилетии перед юристами встанет задача как-то зафиксировать в этом договоре права предпринимателей из частного сектора. Но, скорее всего, подтвердится известное изречение о том, что владение — 9/10 права, и простой радиопередатчик, укрепленный на астероиде, вполне сможет гарантировать права собственности той компании, что установила маячок.

Робот-прототип, разработанный в Лаборатории реактивного движения NASA, вместо опор имеет 750 стальных крючков. Они цепляются к шершавым поверхностям, не позволяя роботу в условиях слабого притяжения отцепиться от поверхности астероида и улететь в космическое пространство.

Итак, представим себе, как рой горнодобывающих роботов, цепляясь за поверхность астероида своими когтистыми лапками, с хрустом грызет насыщенный водой слой грунта, используя для этого нечто вроде хоботков. Тем временем другие аппараты пылесосят поверхность планеты, следуя по стопам добытчиков и утрамбовывая остатки их деятельности. После этого умелые машины будут упаковывать грунт, то есть реголит, в специальные герметичные контейнеры. Эти роботы будут ползать, ходить или летать, регулярно навещая «горнообогатительную фабрику», «висящую» над поверхностью астероида или просто пришвартованную к нему намертво. Там реголит разогреют, выпарят из него воду и соберут ее в баки хранилища.

Инфраструктура добычи полезных ископаемых в космосе. С 2009 по 2011 год агентство NASA с помощью своего космического телескопа WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) создавало сводный каталог астероидов, имеющихся в Солнечной системе. В поясе между Марсом и Юпитером было обнаружено 100 000 ранее неизвестных астероидов. 19500 астероидов среднего размера обнаружилось неподалеку от Земли. Зафиксировано 4700 крупных астероидов, попадающих в пределы относительной космической близости к Земле (критерием считался радиус 8 миллионов километров, и такие астероиды объявлялись потенциально опасными). В NASA считают, что в данный каталог попало только 30% из числа таких потенциально опасных астероидов.

Более сложные задачи встанут перед космическими горнодобытчиками, если они решатся на добычу металлов. Астероиды М-типа, представляющие собой просто здоровенные глыбы металла, окажутся крепким орешком для космического горнорудного предприятия. Таково мнение Гарри Максуина, геолога из Университета штата Теннесси и председателя группы исследования поверхности астероида в экспедиции Dawn, которую NASA организовало для исследования астероидов. Сама попытка закрепиться на поверхности такого небесного тела уже будет представлять собой достаточно сложную задачу. О бурении металлического массива можно забыть — как и о попытке отпилить от него кусок, чтобы забрать его на переработку. «Только подумайте, сколько на это уйдет энергии, и вы поймете, что задача не слишком-то реалистична», — говорит Максуин.

---

Технологии космических горнодобытчиков

Магнитные грабли. В некоторых случаях для добычи драгоценных металлов не потребуется рыть никаких шахт. Достаточно будет граблей или гребешка с магнитами на каждом зубце. Стоит пройтись такой бороной по поверхности реголита, и в условиях малой гравитации зерна драгметаллов сами прилипнут к зубьям.
Сито, действующее при слабых гравитационных силах. Вот вам повод для реверансов перед золотоискателями старой закалки. В 2009 году ученые попробовали использовать вибростол для просеивания грунта через решето, чтобы отделить частицы того размера, который является оптимальным для дальнейшей переработки. Эта система продемонстрировала работоспособность при нулевой гравитации, которую создавали полетом самолета по параболической траектории.
Якоря для швартовки к астероиду. В условиях практически нулевой гравитации приземлиться на астероид — непростая задача. Ничуть не проще в такой обстановке вести добычу ископаемых. В лаборатории реактивного движения при NASA разрабатываются сейчас механизмы для забивки в грунт астероида клиньев, ориентированных под разными углами — так они должны держаться существенно надежнее. С другой стороны, компания Honeybee Robotics занимается сейчас разработкой ввинчивающихся буров, которые должны еще надежнее крепить космические аппараты к поверхности астероида.

Правда, по расчетам Льюиса, некоторые из астероидов могут состоять из металла всего на 30%, где металлы представляют собой железо-никель-кобальтовый сплав или сплав платиновой группы. Как он говорит, «велик соблазн просто взять магнит и с его помощью извлечь крупинки металла из раздробленного реголита».

---

Доставка продукции

С продавцом все ясно, но кто будет покупателем? Кому потребуется товар, который космические горняки добыли с таким трудом?
Металлы платиновой группы — вот надежда на быстрое обогащение. Это один из редких видов продукции, добытой в космосе, которую рентабельно доставлять на Землю. «Эти металлы широко используются сейчас во многих распространенных современных технологических процессах», — говорит Левицки. Металлы платиновой группы просто незаменимы в автомобильных катализаторах, в производстве силикона и стекла. Они присутствуют в компьютерных жестких дисках, в автомобильных свечах, где, подавляя коррозию, они продлевают жизнь свечи до пробега в 160000 км. В медицине эти металлы незаменимы благодаря их совместимости с биологическими тканями.
Допустим, у нас есть 500-тонный астероид, в котором содержится 0,0015 процента металлов платиновой группы. Это ведь не так плохо и втрое превышает концентрацию в самых богатых месторождениях платины, известных сейчас на Земле. Как говорит Левицки, «если радикально увеличить количество доступной на Земле платины, мы станем свидетелями зарождения новых отраслей производства, которые нам трудно сейчас даже представить».
Однако большая часть веществ, добытых на астероидах, найдет своего покупателя только в весьма отдаленном будущем, когда дальние космические путешествия станут обычным занятием для обитателей Земли. Вот тогда станут необходимы внеземные перевалочные базы, где астронавты, направляясь в дальние края, смогут пополнить запасы воды и топлива. А сейчас — раз нет таких покупателей, значит, не нужны и такие предложения на рынке космических услуг.
Под таким же углом можно рассматривать и проекты, связанные с добычей обычных конструкционных металлов. Они обретут реальность только тогда, когда космические корабли и станции станут производить не на Земле, а на орбите. Разумеется, производство каких-то конструкций в условиях открытого космоса выглядит весьма привлекательно, если сознавать, что мы таким образом экономим на доставке с Земли готовых блоков, однако это направление, если понимать его как вид коммерческой деятельности, всегда будет под угрозой со стороны космических перевозчиков, которые стремятся придумать новые, более дешевые способы вывода земных товаров на орбиту.
Если наступит эпоха, когда обитатели орбитальных станций будут питаться со своих огородов, среди товаров, предлагаемых на космическом рынке появятся не только железо и сталь. Возникнет спрос на азот и аммиак, которые необходимы в космическом земледелии как удобрения. Если человечество начнет всерьез обживаться в космосе, такие отрасли производства и сегменты рынка станут вполне актуальны. Как выразился Льюис, «мы говорим о тех отраслях промышленности, которые помогут обрезать пуповину, связывающую нас с родной планетой».
Проекты компании Planetary Resources — это не просто бизнес-план. Это написанная в самых радужных красках картина, призывающая нас поддерживать дальнейшие космические исследования. Это слово в защиту самых дерзких мечтаний, которые человечество когда-нибудь сделает реальностью.

Вполне возможно, некоторые металлические астероиды имело бы смысл целиком подтянуть поближе к Земле — хотя бы до лунной орбиты. «В них может содержаться такое количество металла, что стоит задуматься, как бы прихватить всю такую штуковину целиком», — говорит Льюис.

Статья «Космический клондайк» опубликована в журнале «Популярная механика» (№9, Сентябрь 2012).

www.popmech.ru

---

Смотрите также

• 
  Печать в бурении
• 
  Затрубное пространство скважины
• 
  Бурение скважин на воду в егорьевске
• 
  Подготовка к зиме скважины
• 
  Программа для черчения профиля направленного бурения
• 
  Барыш бурение скважин
• 
  Бурение с продувкой
• 
  Гидрогеологический разрез по скважинам
• 
  Декоративный домик для скважины
• 
  Схема проводки воды в дом из скважины
• 
  Заземление на скважину схема