Следующая остановка Луна: российский робот научился добывать воду из лунного грунта

Ученые из Курчатовского института разработали проект робота-лунохода для добычи воды из лунного грунта, а также поверхностей планет и комет. Пока добыча воды на Луне остается весьма сложной задачей.

Добыча воды на Луны может стать реальностью, а вслед за ней возможной может оказаться и будущая колонизация спутника Земли людьми. С технической точки зрения освоение Луны проблематично и по причине отсутствия там воды в жидком состоянии — она нужна и для снабжения обитаемых лунных станций, и для дозаправки ракет прямо на поверхности Луны, в том числе с многоразовым ядерным двигателем. Водяной пар довольно быстро разлагается солнечным светом, а водород и жидкая вода не могут оставаться в своем привычном состоянии на лунной поверхности. В настоящее время единственный способ получить воду с Луны — при помощи льда из ее грунта.

Впервые о наличии воды на Луне стало известно еще в 1978 году — советские исследователи провели анализ образцов реголита, доставленных на Землю зондом «Луна-24», и в них обнаружилось 0,1% воды. А данные с индийского аппарата «Чандранаян-1» в 2008 году показали, что водный лед присутствует в лунном грунте в количестве до 20-30%, если рассматривать отдельные области.

Автоматическая станция «Луна-24» доставила в 1976 году на Землю образцы лунного реголита массой 170 г. Художественное изображение: НПО им. С.А. Лавочкина

NASA около 10 лет назад представила проект по созданию лунного робота-погрузчика, но для заправки одной ракеты топливом, добываемым при помощи гидролиза из лунной воды, одному такому аппарату придется работать 5 лет по 16 часов в сутки. Кроме того, масса робота-погрузчика составила бы 45 кг, а платформы — еще 900 кг.

Устройство, проект которого разработали российские ученые из НИЦ «Курчатовский институт», отличает компактность. Благодаря небольшим размерам лунохода, его можно отправить на Луну с помощью стандартной ракеты-носителя. При этом управлять машиной предлагается дистанционно — с Земли или орбитальной станции.  Непосредственно добыча воды из грунта будет осуществляться путем ее испарения и затем — конденсации прямо на мобильном автономном луноходе. По расчетам авторов проекта, система обеспечит испарение до 2 кг воды в час, а с учетом объема контейнера для грунта при среднем содержании воды в реголите 10% на ее испарение уйдет примерно 3,5 недели. Если воды в грунте будет около 5%, то потребуется примерно 1 месяц.

Прототип имеет колесную базу 8х8 и несет на своем борту электрохимические генераторы для пополнения энергии и аккумуляторы в качестве резервного источника питания.

Устройство для добычи воды на Луне, вид сбоку. 1 - поверхность Луны; 2 - колесные пары; 3 - рама; 4 - рама контейнера; 5 - откатная крышка; 6 - концентратор солнечных лучей; 7 - контейнер; 8 - грунт с включениями воды; 9 - транспортер; 10 - солнечная батарея; 11 - датчик солнечного излучения; 12 - кожух транспортера; 13 - теплоизолированная емкость; 14 - обратный клапан; 15 - система управления; 16 - привод; 17 - стыковочное устройство; 18 - видеокамера; 19 - фреза; 20 - привод опрокидывателя контейнера; 21 - рама солнечной батареи; 22 - шнек; 23 - привод вращения шнека; 24 - клапан-дозатор; 25 - магистраль впрыска воды; 26 - резервная емкость с водой; 27 - рама концентратора солнечных лучей. Изображение: НПЦ «Курчатовский институт»

Также аппарат оснащен теплоизолированным баком для хранения воды, соединенным с герметичным контейнером с прозрачной откатной крышкой для ее испарения — крышка закрывается после наполнения контейнера реголитом. С другой стороны к баку подсоединяется стыковочное устройство, чтобы сливать воду.

Непосредственно для взятия образцов грунта с разной глубины служит специальная фреза и транспортер для доставки реголита в контейнер. 

Что примечательно, в качестве источника энергии задействована также солнечная батарея, размещенная над емкостью с водой. А над контейнером разработчики установили концентратор солнечных лучей.

По замыслу создателей проекта, сначала транспортный модуль с луноходом приземляется в месте, куда падает солнечный свет, и передвигается к  затененным объектам — кратерам или пещерам, т.е. месторождениям воды. Видеокамера, установленная на корпусе, определяет нужный участок грунта, и он разрыхляется фрезой, после чего подается на транспортер, затем — в контейнер. 

Когда объем грунта достигает определенных размеров, крышка закрывается и луноход снова выезжает на солнечное место для оптимальной работы солнечного аккумулятора. Грунт прогревается, вода начинает испаряться. Когда давление пара повышается, срабатывает обратный клапан и пар поступает в емкость, где конденсируется. Когда вся вода из грунта испарилась, грунт высыпается в отвал, а луноход едет на новым реголитом. Когда в емкости набирается достаточно воды, аппарат направляется к лунной станции или ракете для ее слива.

Аппарат подходит для работы на различных космических объектах, но наиболее эффективным применением авторы проекта, опубликованного на сайте Роспатента,  считают добычу воды из реголита на Луне для снабжения ракетных двигателей и лунных обитаемых станций. Для этих целей понадобится от 3 до 10 таких луноходов.