Исследующим Луну астронавтам понадобится помощь, и учёные потратили много времени и средств на разработку различных систем для этого. Две критически важные потребности любой долгосрочной лунной миссии — это пища и кислород, доставка которых на Луну с Земли обходится дорого.
Команда исследователей из Технического университета Мюнхена проанализировала эффективность использования местных лунных ресурсов для создания фотобиореактора (ФБР). Результаты этого исследования были недавно опубликованы в журнале Acta Astronautica.
Принцип работы ФБР
Концепция ФБР достаточно проста: нужно заключить в систему какую-либо биологическую систему, например, водоросли, обеспечить её необходимыми для жизни исходными материалами, такими как углекислый газ и вода, и собрать полученные в результате «отходы», например, кислород и сами водоросли. Природа умеет оптимизировать свои процессы, поэтому в зависимости от конструкции ФБР и особенно от выбора водорослей они могут быть чрезвычайно эффективными в создании полезных продуктов при минимальных отходах.
Однако на поверхности Луны такие системы не так эффективны, поэтому их нужно заключить в систему, защищённую от лунной среды, включая прямой солнечный свет, излучение которого может убить живые организмы внутри реактора. Сбор материалов, необходимых для создания такой защитной системы, является основным направлением исследования.
Типы ФБР
Исследователи рассмотрели два различных типа ФБР: трубчатый воздухоподъёмник и плоский панельный воздухоподъёмник (ППВ). ППВ оказался более эффективным, но требовал большего обслуживания, чем его трубчатый аналог.
Строительство любого из этих типов приведёт к экономии средств, по крайней мере, на несколько миллионов долларов на систему, при условии стоимости запуска на Луну в размере 100 000 долларов за килограмм. Для трубчатой системы экономия может быть ещё больше, по некоторым оценкам — до 50 миллионов долларов за счёт использования местных ресурсов.
Ресурсы на Луне
Ресурсы для большинства конструкционных материалов на Луне уже в изобилии, и уже было проведено много работы по получению металлов из лунного реголита, который потребуется для создания базовой структуры. Однако водорослям внутри ФБР требуется свет, который может поступать либо от внутреннего освещения, что требует значительных затрат энергии и продвинутых компонентов, таких как светодиоды, либо от солнца, что потребует наличия прозрачного стекла в части внешнего корпуса. Пока никому не удалось создать прозрачное стекло из лунных ресурсов, хотя это направление исследований активно развивается.
Светодиоды — это пример другого необходимого компонента, который гораздо сложнее производить на месте — электроника и, в дополнение к ней, пластмассы, такие как уплотнительные кольца или базовые платы для печатных плат. Исследования того, как производить пластик на Луне, также продолжаются, но до их использования в миссии ещё далеко. Однако сами водоросли в ФБР могут быть использованы в качестве биологического сырья для производства пластика, хотя для запуска процесса потребуется хотя бы начальное «семя» с Земли.
Фосфор — ещё один критически важный элемент жизни, который необходимо каким-то образом собирать на Луне для долгосрочного биологического присутствия там. К сожалению, углерод, один из основных ингредиентов пластмасс, на Луне относительно редок, как и элементы, критически важные для долгосрочного выживания водорослей, такие как азот и хлор.
Чтобы убедиться, что ни один из этих драгоценных материалов не будет потрачен впустую, авторы предлагают перерабатывать сточные воды астронавтов, которые также будут содержать по крайней мере некоторые из этих элементов, как способ «замкнуть цикл».
Однако существует множество проблем, которые необходимо преодолеть, если ФБР должны быть интегрированы в качестве критически важного компонента любой долгосрочной лунной миссии. Авторы предлагают гибридный подход, который использует более традиционные методы использования местных ресурсов на месте (УЛР), такие как электролиз расплавленного реголита, для производства кислорода, в то время как ФБР используются для производства пищи наряду с производством кислорода.
Обе технологии полезны и в конечном итоге найдут своё место в лунной колонии. До этого времени исследования будут продолжаться в поисках наилучшего способа максимально эффективного использования доступных лунных ресурсов, и мы, несомненно, увидим улучшенные конструкции ФБР, лунного стекла и даже методов сбора водорослей.