В 1950–60-е годы, на заре космической эры, многие всерьёз рассуждали о городах на Луне. Артур Кларк представлял себе надувные герметичные купола, которые со временем разрастутся в целое поселение, а американская армия в рамках проекта Horizon изучала возможность создания военной и научной базы на спутнике. Тогда казалось, что присутствие человека на Луне — лишь вопрос времени.
Сегодня интерес к лунным колониям вспыхнул с новой силой — после того как выяснилось, что на Луне есть запасы замёрзшей воды. Свои мечты о городе на холодном спутнике уже озвучивали известные миллиардеры. Однако насколько такие планы реалистичны, разбираются в новой статье, опубликованной в журнале Frontiers in Space Technologies. Её авторы — доктор Мартин Элвис из Смитсоновской астрофизической обсерватории при Центре астрофизики Гарварда и Смитсоновского института и доктор Джонатан Макдауэлл из Центра космических исследований Даремского университета в Великобритании. Материал под названием «Никаких городов на Луне: миллиарда тонн воды недостаточно для устойчивости» посвящён именно водному вопросу.
Основные надежды на лунную воду связаны с так называемыми постоянно затенёнными областями — кратерами у полюсов, где древний лёд, возраст которого насчитывает миллиарды лет, укрыт от солнечного тепла. Есть и другие отложения, например в реголите, но они небогаты и труднодоступны. В своей работе исследователи напоминают: Луну площадью 37,93 млн кв. км, что примерно на 50% больше Северной Америки (24,71 млн кв. км), часто называют «восьмым континентом». Из-за этого многие авторы считают лунные ресурсы настолько огромными, что они не создают серьёзных ограничений для промышленности и поселений. По мнению Элвиса и Макдауэлла, подобные представления — не что иное, как самонадеянность. Джефф Безос предлагал перенести на Луну тяжёлую промышленность, а Илон Маск говорил о саморазвивающихся городах на спутнике. Авторы статьи показывают, насколько это далеко от реальности, и главный аргумент — вода.
По расчётам учёных, чтобы всерьёз повлиять на земную экономику, речь должна идти о поселении как минимум на 80 млн человек — около 1% населения Земли. Это грандиозные планы, и они разбиваются о научные данные. Для жизнеобеспечения будущих поселений нужна не только доступная вода, но и энергия, чтобы её добывать, доставлять и, что критически важно, устойчиво перерабатывать. В пользу лунных городов играет то, что полезные залежи льда находятся на дне затенённых кратеров у полюсов, а кромки этих же кратеров почти не затеняются и отлично подходят для солнечных панелей, которые можно устанавливать вертикально и поворачивать вслед за Солнцем. Элвис и Макдауэлл пришли к выводу, что энергия не является ограничивающим фактором: при удвоенном промышленном потреблении миллион человек можно обеспечить за счёт солнечной или атомной энергии, а для нескольких миллионов потребуется термоядерная энергетика, если она станет доступной. Таким образом, всё упирается в воду.
Оценки запасов лунного льда сильно расходятся. Например, для кратера Шеклтон диаметром 21 км у южного полюса в исследовании 2007 года называлась цифра от 1,6 до 4,5 млн тонн — разброс показывает, насколько неточны измерения. К тому же не весь лёд удастся извлечь: реальные доли добычи станут известны только после того, как мы получим точные данные о том, как лёд смешан с реголитом. Авторы берут за щедрый ориентир часто используемую величину — 1 млрд тонн водяного льда в постоянно затенённых областях. Это много только на первый взгляд: на Земле запасы воды составляют около 1,4 млрд млрд тонн. Воду на Луне предполагается использовать для питья, производства ракетного топлива, выращивания еды и дыхания. Если исходить из 125 тонн личного потребления на человека в год, как у взрослого жителя США, то на пропитание одного человека, по оценке Всемирного банка, требуется от 2 до 5 тонн воды в день — это 730–1825 тонн в год, то есть в 6–15 раз больше прямого личного потребления. При таких нормах город на миллион жителей исчерпал бы весь лунный запас всего за 2,4 года.
Положение меняет переработка воды. На Международной космической станции по необходимости создана самая эффективная система рециркуляции: к 2023 году она достигла 94%, и при такой эффективности миллиард тонн воды исчез бы за 40 лет для миллиона человек. В 2023 году станция улучшила показатель до 98%, что сократило потери втрое. При 2% потерь городу на миллион жителей хватило бы воды на 100 лет, но для столь крупных вложений вековой срок кажется недостаточным для устойчивого долгосрочного поселения. Зато город на 100 тыс. человек мог бы просуществовать около 1000 лет — это уже можно назвать устойчивостью. Впрочем, рано или поздно эффективность переработки упрётся в предел, и потребуются другие подходы: снижение доли мяса в рационе, импорт воды с богатых водой астероидов или поиск новых запасов. Наиболее вероятным источником выглядит подземный лёд: если найдётся неожиданный резервуар, удвоение доступной воды вдвое продлит жизнь лунных поселений. Однако насколько легко его будет извлечь и будет ли он так же концентрирован, как в затенённых кратерах, — открытый вопрос.
Учёные считают, что наиболее реалистичный сценарий — поселение примерно на 1000 человек, сопоставимое с зимовочной популяцией исследователей в Антарктиде. При таком населении можно не слишком беспокоиться о расходе лунной воды, но при достижении 100 тыс. человек уже придётся быть осторожными. Независимо от развития событий, ключевым остаётся бережное отношение к водным ресурсам Луны: человечеству потребуется планировать, управлять и регулировать их использование, а не идти по пути «кто первый пришёл, того и вода». Как написал Мартин Элвис в сопроводительном письме, если амбициозные планы космических миллиардеров когда-нибудь осуществятся, поиск дополнительной воды станет первым шагом.