Нужен ли Луне «пояс Дайсона»?

Японская Shimizu, занимающаяся крупными и часто нестандартными строительными проектами, представила, по всей видимости, самый необычный концепт изо всех когда-либо созданных частной компанией: встречайте вселунную солнечную электростанцию, передающую энергию на Землю посредством микроволн и лазерного излучения!

Согласно проекту Luna Ring, вдоль всего лунного экватора, то есть на протяжении 11 000 км, начиная с 2035 года, предлагается создать цепь солнечных батарей, соединённых между собой экранированной «подлунной» ЛЭП, которая позволит перебрасывать энергию от дневной стороны Луны к ночной в любое время местных суток. Комплекс передающих антенн и лазерных установок следует расположить только на видимой стороне Селены — чтобы он всегда был обращён к Земле и мог круглосуточно снабжать её энергией. В общем, перед нами что-то вроде мини-сферы Дайсона, только не в космосе, а на безатмосферной и богатой стройматериалами Луне, причём не в виде сферы, а сравнительно узкого пояса.


После начала строительства, которое предполагается осуществлять в основном силами роботизированного «персонала», цепь фотоэлементов вдоль экватора будет всего лишь в несколько километров шириной. Однако со временем Shimizu Corporation надеется увеличить её до 400 км. В этом случае общая площадь лунной гелиоЭС достигнет 4 400 000 км², что, по мнению авторов концепта, даст доступ «к практически неисчерпаемому чистому источнику солнечной энергии, несущему процветание природе и нашим жизням». Слишком выспренно? Ну а что вы хотите от людей, выросших на японской литературе?..

И вновь о деталях. Разработчики ссылаются на недавние исследования, дающие основания полагать, что цемент можно изготовить из лунного реголита, да и гравийный компонент бетона вполне доступен на земном спутнике, что позволит избежать его транспортировки (нереальной экономически) с Земли. Однако, скажете вы, а где же они собираются на лунном экваторе брать воду для превращения компонентов бетона в собственно строительный материал? Всё просто (ну, или нашим японским друзьям так кажется): воду предлагается получать, «восстанавливая лунный грунт водородом, ввозимым с Земли». Идея вроде бы жизнеспособная — благо реголит содержит более 40% кислорода. Однако здравый смысл с некоторым напряжением относится к заброске на Луну больших масс чего бы то ни было, но об этом ниже...

В то же время солнечные батареи (состав не уточняется, но, вероятно, кремниевые) будут производиться на месте из местных же материалов и с помощью энергии растущего Luna Ring. Передача на планету будет осуществляться микроволнами — в те земные регионы, где поблизости есть море (приёмники-ректенны видятся разработчикам плавучими, дабы избежать перегрева как их самих, так и их окрестностей). Альтернативный вариант — использование лазерного излучения с длиной волны порядка 1 мкм; тут сухая атмосфера пропускает 98% всей энергии излучения, то есть речь идёт о пустынных регионах или локациях, где огромные ректенны нет смысла строить по экономическим причинам, к примеру, на изолированных островах.

Масштаб электростанции поражает. По сути, постоянный выход до 0,6 трлн киловатт-часов! Занятая площадь, в отличие от Земли, будет использоваться максимально полно, благо на бетонную ленту вдоль экватора панели можно устанавливать горизонтально, что исключает затенение их друг другом.

Другой вопрос — что на нынешнем этапе своего развития человечество будет с этой прорвой энергией делать. Даже с неизбежными потерями на передачу в атмосфере земляне получат... Впрочем, вы и сами можете проделать все расчёты. С учётом текущего потребления электричества на уровне 21 трлн кВт·ч в год, да ещё и при живых крупных ГЭС и прочих нетепловых источниках энергии, всё это как-то слишком. Поэтому избыток предлагается пустить на гидролиз морской воды и запасание энергии в виде водорода, на котором будет передвигаться транспорт. Но не только: земляне одного полушария будут получать «солнечную энергию с Луны» лишь половину суток. Остальное будет «добираться» от водорода, что, впрочем, всё равно чище, чем от угля и метана:



Оценка подобного проекта — дело всегда слишком трудное для идеального исполнения. Подумайте сами: у него есть множество бросающихся в глаза недостатков — и в то же время уйма менее заметных на первый взгляд достоинств. Начнём с последних. Во-первых, это не «бред сумасшедшего»; более того, эта концепция здоровее двух крупных проектов планетарного масштаба, что уже сейчас пытается осуществить целый ряд развитых стран.

В частности, Luna Ring намного дешевле плана по построению группы солнечных электростанций на земной геостационарной орбите, который недавно выдвинуло Японское агентство аэрокосмических исследований. Дело в том, что поднять фотоэлементные спутники из земного гравитационного колодца будет много дороже, чем поставлять куда меньшее количество роботов и людей на Луну. Да, агентство собирается делать первое с помощью полностью многоразового космического корабля, который резко удешевит такие полёты. Однако с такими кораблями упадёт и стоимость посылки грузов на Луну. А несравнимое количество грузов в лунном варианте всё равно оставляет его финансово намного привлекательнее геостационарного.

И, конечно, Luna Ring выглядит сравнительно разумным по отношению к земной солнечной энергетике. Мы не раз писали, что развитые страны находятся в основном в умеренном климате, где гелиоэнергетика всегда не слишком работоспособна зимой. А значит, её использование там будет покрывать все потребности только при строительстве огромных избыточных мощностей, простаивающих летом. Создание систем хранения энергии в течение полугода тоже выглядит затруднительным. Добыча же энергии в околоземном космосе и на Луне лишена этого принципиального недостатка. Ну а хранить энергию по 12 часов принципиально легче, чем по нескольку тысяч часов, и потребует куда меньшей земной инфраструктуры. В случае же собственно Японии проблема наземного хранения энергии и её переброски из региона в регион здорово осложнена специфическими культурными традициями тамошних граждан.

Резюме: и Германия, и Япония собираются перейти в основном на солнечную энергию уже в обозримом будущем, а потому уже сейчас заняты парой проектов, которые, по сути, вряд ли реалистичнее (в своём нынешнем виде) Luna Ring.

Но есть и недоумённые вопросы. Зачем нам всё-таки электростанция площадью в 4 400 000 км² с мощностью порядка 0,6 трлн кВт? Днём всё это ещё можно потребить, но вот ночью... Даже если мы будем производить водород («А воду на луц переделали, родной!»), то куда его потом девать? И не придётся ли строить вторую, резервную энергетику, на сей раз водородную?

Во-вторых, транспортировка водорода с Земли выглядит не лучшим решением. Сегодня доподлинно известно: вода на Луне есть, и её там много. На полюсах по меньшей мере сотни миллионов тонн чистого водного льда, который можно употребить на бетонные платформы, тем самым на порядок снизив объём грузов, которые потребуется забросить с Земли. Транспортировать их на экватор — за тысячи километров — конечно, не вариант.

И здесь встаёт другой вопрос: зачем строить электростанции на экваторе? Наклон оси вращения у Луны невелик, и вертикально расположенные солнечные батареи в районе полюсов или просто на очень высоких широтах тоже будут получать энергию круглый год, вот только их не придётся вытягивать кольцом в 11 тыс. км длиной, а, напротив, можно расположить одним-двумя компактными полюсными пятнами. Это резко уменьшит транспортные издержки при строительстве и не потребует сооружения мега-ЛЭП трансполушарных масштабов; да и потери на транспортировку энергии по самой Луне уменьшатся.

И третий, наиболее сомнительный в практическом отношении момент — дистанционно управляемые с Земли роботы-луноходы, которым японцы собираются отдать почётную миссию первостроителей. Да, мы с глубоким уважением относимся к г-ну Гречко, но заметим, что его слова о тупиковости пилотируемой космонавтики получили неоправданно широкую трактовку, благо относились к конкретному и узкому вопросу. На деле человек несравнимо производительнее космических роботов и часто вообще это единственный быстроработающий и универсальный «механизм» в космосе.

Напомним факты: лучшие земные планетоходы, даже не имея строительных задач, прошли жалкие десятки километров до потери функциональности из-за аварий. Рекордсменом до сих пор является древний «Луноход-2», одолевший 42 км за четыре месяца с пиковой скоростью не более 2 км/ч. С такими темпами не то что строить «лунное кольцо», а просто проехать вдоль лунного экватора он смог бы за столетие. Другие планетоходы, называя вещи своими именами, были совсем уж тихоходными и ломались куда быстрее. Сооружать конструкции в миллионы квадратных километров телеуправляемыми роботами? Это получится, если только за каждым поставить органического техника-ремонтника.

Человек же как инструмент перемещения по Луне в непредставимое количество раз эффективнее. Управляемые людьми лунные автомобили Boeing разгонялись до 18 км/ч (средняя скорость — 9 км/ч), и это несмотря на жалкую моторную мощность всего в 1 л. с. и полезную нагрузку в полтонны. В сотни раз быстрее автоматов, и, заметьте, никаких аварий: ведь управлял водитель, а не оператор с Земли, в принципе неспособный эффективно реагировать на проблемы лунного бездорожья. Очевидно, бетонные работы на Луне с её запылённостью намного сложнее простого перемещения с черепашьей скоростью. Следовательно, преимущества людей перед телеуправляемыми роботами в такой ситуации только вырастут, хотя пока и трудно сказать — насколько.

В общем, мы предельно скептически настроены к строительству на Луне чего бы то ни было обычными автоматами без поддержки людей. Застрявшие в реголите аппараты рано или поздно «замусорят» и сами окрестности Luna Ring, помешав движению и препятствуя наращиванию ширины фотоэлементного кольца. И в любом случае потребуют доставки туда людей.

А вот обеспечить космонавтов ресурсами на той же Луне в случае реализации проекта, подобного Luna Ring, не так сложно. Налаживание крупномасштабного производства бетона обеспечит их местом проживания, массовая добыча воды и её гидролиз — кислородом и жидкостью, а выдыхаемый углекислый газ поможет наработке биомассы растений в «парничках» типа того, что американский Moon Express собирается в 2015 году высадить на Луне. Обратная доставка лунных энергостроителей на Землю также может быть значительно упрощена заправкой водородом и кислородом местного происхождения, на порядки снижающей требования к транспортируемой с планеты массе космических кораблей.

Увы, хотя сценарий строительства с участием людей более реален, та же Япония — страна, долгие годы последовательно отказывающаяся от крупных проектов в области пилотируемой космонавтики, — на него, вероятно, не отважится. Между тем создание даже скромной лунной базы потребует разработки крупных многоразовых пилотируемых кораблей, что вряд ли привлечёт внимание местных политиков, как огня боящихся роста бюджетных расходов без крайней нужды.

Скорее всего, вплоть до возникновения капитальных сложностей с полным переходом на фотоэлементную энергетику, усилия японцев сосредоточатся на наземной геолиогенерации и экспериментах, касающихся её геостационарной разновидности. А вот затем даже такие утопические, казалось бы, концепты, как глобальная гелиоэлектростанция на Луне, вполне могут побороться за место под Солнцем.

Подготовлено по материалам Shimizu Corporation.