Книга: Вам, земляне

Богатства Земли и ближнего космоса

Богатства Земли и ближнего космоса

Когда по старинке некоторые рассуждают о «неисчерпаемости» земных ресурсов, эти «бодрые» слова можно в лучшем случае понимать в условном смысле. Ресурсы Земли при конечной величине ее массы несомненно исчерпаемы. Самую верхнюю оценку земных ресурсов можно получить, если подсчитать по уравнению Эйнштейна, сколько энергии выделится при полной аннигиляции (превращение в излучение) нашей планеты. Количество этой энергии (10⁴¹ Дж) хотя и очень велико, но при развитии человечества по экспоненте даже ее когда-нибудь, конечно, не хватит. Говоря серьезно, человечество должно оценить, надолго ли хватит ему тех вещественных богатств Земли, которые оно подчас безрассудно тратит сегодня. Такие подсчеты делались неоднократно, и мы ограничимся лишь некоторыми примерами.

Вот данные, приведенные американскими прогнозистами еще в 1968 г.:[50]

Все эти подсчеты были сделаны при допущении, что уровень потребления 1948 г. сохранится (на самом деле он резко поднялся).

В книге акад. К. И. Лукашева[51] весьма детально рассматриваются перспективы использования минеральных богатств Земли, однако автор воздерживается от каких-либо «точных» прогностических оценок, и это разумно, так как мы еще очень плохо знаем и Землю, и ее богатства. Лишь немногие буровые скважины достигли глубины 10–11 км, а чаще всего при разведке полезных ископаемых приходится ограничиваться скважинами глубиной 200–300 м. Ясно, что наши знания о богатствах земной коры крайне ограничены.

Тем не менее, используя земные ресурсы, надо твердо помнить, что многие из них (например, залежи нефти и ценных металлов) невозобновляемы. Во всяком случае, мы пока не знаем, как их получать из других, менее ценных веществ, если даже такой процесс технически возможен. Лишь атмосфера, гидросфера и биосфера демонстрируют нам постоянное самовозобновление в тех природных циклах, которые совершаются с самого начала геологической истории.

Но и возможности «возобновимых» ресурсов мы не должны переоценивать. Засорение среды, все еще пока продолжающееся в огромных масштабах, ведет к истреблению биосферы и даже угрожает дальнейшему существованию человечества. Биосфера до появления человека также создавала свои «отбросы», но эти «отходы» жизни снова вовлекались ею в казалось бы вечный круговорот. То, что нам теперь кажется идеалом (отходы одного производства— сырье для другого), давно уже осуществлялось в природе. Но «синтетика», новые искусственные минералы, которые создает человек, не усваиваются биосферой и не вовлекаются ею в вихрь жизни. Вот почему в сегодняшней ситуации говорить о возобновимых ресурсах трудно.

Разработка недр Земли должна сочетаться с интенсивной борьбой с загрязнением среды. В нашей стране достигнуты серьезные успехи в бурении. Используются новые машины для проходки тоннелей и выработки угольных пластов. В будущем «сверлении» земной коры предполагается использовать и ультразвук, и высокочастотные токи. Существуют разработки совершенных подземоходов, этих технических «кротов», которые сообщают с помощью автоматики тем, кто управляет ими с поверхности, о богатствах подземного мира.

Трудно сказать, как скоро мы «разработаем» всю земную кору и «примемся» за мантию или даже ядро — технические трудности на этом пути колоссальны. Но не видно принципиальных причин, мешающих глубинному освоению Земли.

Когда истощатся рудные запасы нашей планеты, человечество, вероятно, перейдет к использованию обычных горных пород. Это логично — ведь в 100 тоннах магматической горной породы, например гранита, содержится в среднем 8 тонн алюминия, 8 тонн железа, 0,5 тонны титана и многие другие ценные вещества.

А богатства океана, в каждом кубическом километре которого находится 38 тонн твердого вещества! Из них 30 тонн составляет поваренная соль, а остальные 8 тонн приходятся на ценные элементы (например магний — 4,5 тонны). Земные океаны содержат 10¹⁷ тонн водорода и 10¹³ тонн дейтерия — сырья для атомных и термоядерных установок.

Термоядерная энергия кажется нам панацеей. И в самом деле, солнечную энергию мы использовать эффективно пока не умеем, а остальные виды энергии (включая энергию воды, ветра и вулканов) явно не обеспечат энергетических нужд человечества. Использование нефти и угля в качестве топлива заставляет вспомнить знаменитое замечание Д. И. Менделеева: «Можно топить печь и ассигнациями!»

Но так ли хороша термоядерная энергия, как иногда об этом пишут? Да, энергии при термоядерном синтезе можно получить много, во всяком случае достаточно для человечества «на первое время». Но производство этой энергии «грязное» и опасное. Оно и останется таковым, пока не будут найдены (если это возможно!) способы обезвреживания ядерных «отходов». Предложение об атомных «свалках» на Луне вряд ли подходящее— ведь Космос мы все- таки собираемся осваивать, т. е. заселять.

Таким образом, проблемы вещественных и энергетических ресурсов человечества очень сложны. Безответственным оптимистическим заявлениям на этот счет надо противопоставить серьезную работу по созданию безотходного производства, обеспечению прогрессивного развития земной биосферы и поискам новых, «чистых» способов получения большого количества энергии.

Чем богат ближний космос? Насколько реально его освоение и использование на благо человечеству?

Пожалуй, нигде в другой области так не ощущается взрывообразный характер развития земной цивилизации, как в космонавтике. Ее успехи поистине изумительны. Всего за какие-то два десятилетия — срок, ничтожный в истории Земли, наша планета оказалась окруженной свитой из тысяч спутников, земные автоматические станции успешно исследуют Луну, Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер, Сатурн и межпланетное пространство. Окрестности Земли ежегодно бороздят пилотируемые космические корабли, и, наконец, состоялись первые экспедиции на Луну.

Калейдоскоп достижений современной космонавтики несколько притупил у большинства землян способность удивляться новому: к запуску очередного спутника многие из нас относятся столь же равнодушно, как к заурядному полету самолета. В этой адаптации человеческого сознания к успехам космонавтики можно усмотреть и положительную черту. Люди начали привыкать к космосу, а космонавтика постепенно становится таким же повседневным человеческим делом, как авиация. Но именно это и отражает важнейшее событие в эволюции Земли — переход человечества в космическую фазу своего существования.

Попробуем представить себе дальнейший ход событий. Попытаемся набросать близкие и далекие перспективы в освоении Солнечной системы.

Жидкостные ракетные двигатели — основа современных ракет- носителей. В качестве горючего в них используются, например, керосин, спирт, гидразин, жидкий водород, окислителем служат жидкий кислород, азотная кислота или перекись водорода. Эти двигатели очень шумны, прожорливы, но зато они развивают огромную тягу, способную придать космическим аппаратам требуемые космические скорости. Максимальные скорости истечения газов из сопла жидкостных ракетных двигателей не превышают 5 км в секунду, а оптимальное число ступеней в стартовых комплексах обычно заключено в пределах 2–4. По мере проникновения все в более и более отдаленные районы Солнечной системы размеры и масса ракет-носителей значительно увеличиваются. Необходимость в таких исполинах отпадает, если межпланетный комплекс собирать на околоземной орбите. Но для доставки отдельных блоков на эту орбиту опять же потребуются достаточно мощные стартовые ракетные системы.

Существует несколько вариантов ядерных ракетных двигателей. В них рабочее тело нагревается не за счет собственной химической энергии, как в жидкостных ракетных двигателях, а за счет тепла, выделяющегося при ядерной реакции. В качестве рабочего тела можно использовать водород или даже обычную воду. В двигателях с твердофазным ядерным реактором удавалось достичь (при наземных испытаниях) скоростей истечения до 8 км в секунду. В двигателях с жидкофазным ядерным реактором эта скорость может быть доведена до 20 км в секунду. Если же удастся в космических двигателях использовать газофазный ядерный реактор, скорость истечения можно повысить до 70 км в секунду.

Когда человечество научится управлять термоядерной реакцией, оно, несомненно, использует термоядерные реакторы и для космических полетов. В этом случае станут реальными скорости истечения до 100 км в секунду.

Следует заметить, что высокие скорости, истечения газов из сопла космических двигателей сами по себе еще не решают всех проблем космической тяговой энергетики. Даже если эти скорости будут огромными, а тяга ничтожно мала, двигатель не сможет сообщить космическому аппарату нужное ускорение. По-видимому, космические ядерные двигатели придется использовать главным образом как двигатели малой тяги, пригодные для коррекции, маневрирования, но не для старта с Земли и других крупных небесных тел. Возможно, что через несколько лет ядерные двигатели с твердофазными реакторами удастся использовать на верхних ступенях ракет-носителей (верхних потому, что на нижней ступени эти двигатели вызвали бы радиоактивное заражение). Во всяком случае, жидкостные ракетные двигатели будут служить еще долго.

Освоение Космоса человечеству пока обходится чрезвычайно дорого. За программу «Аполлон» американцам пришлось заплатить 25 млрд. долларов. Ясно, что рассматривать планеты как объекты, с которых ценные вещества будут доставляться на Землю, пока не приходится. Другое дело — «разработка на месте», т. е. организация космического производства прежде всего для жизнеобеспечения, скажем, постоянных лунных или планетных поселений. Этот этап освоения Космоса, собственно, начался на наших глазах.

Надо признать, что пока мы еще очень мало знаем о минеральных богатствах Луны, тем более планет. Вполне возможно, что на Луне и земноподобных планетах есть минеральные ресурсы, аналогичные земным. Наиболее ценные из них в небольшом количестве будут, вероятно, доставлены на Землю, остальные пойдут на организацию индустрии в Космосе[52]. По-видимому, начинать надо с Луны и Марса, где создание сначала временных станций, а затем и постоянных поселений вполне реально. Труднее (из-за близости к Солнцу) освоить Меркурий. Сегодня даже представить себе невозможно освоение Венеры — слишком негостеприимен ее мир. Планеты-гиганты в далеких планах освоения Солнечной системы рассматриваются главным образом как источники термоядерного топлива. Более перспективны в смысле освоения крупные спутники, хотя конкретных проектов на этот счет пока не существует.

Заманчиво поймать какой-нибудь железный астероид и перевести его (с помощью ракетных двигателей) для разработки в окрестности Земли — при диаметре астероида 720 м его хватило бы для удовлетворения годовой потребности человечества в железе. Однако сегодня на полеты к астероидам, тем более на их «буксировку» потребуются колоссальные затраты.

Освоение ближнего Космоса не следует сводить к поискам и использованию вещественных богатств космических тел. Задачу можно сформулировать шире. Есть два пути приспособления человека к враждебным ему условиям космической среды. Первый из них состоит в том, что в кабинах космических кораблей системы жизнеобеспечения создают миниатюрный «филиал Земли», земной комфорт. В микромасштабе ту же функцию выполняют скафандры. На первых стадиях освоения Луны и других небесных тел придется довольствоваться этим. Но, «закрепившись» на Луне, построив первые лунные жилища, по характеру системы жизнеобеспечения напоминающие кабины космических кораблей, человечество, возможно, приступит к реорганизации самой Луны, к искусственному созданию на ней в глобальном масштабе обстановки, пригодной для обитания. Иначе говоря, не пассивное приспособление к враждебной внешней космической среде, а изменение ее в благоприятную для человека сторону, активная переделка внешней среды в «земноподобном» духе — вот второй путь, обеспечивающий возможность расселения человечества в Космосе.

Конечно, второй путь труднее первого. В некоторых случаях он неосуществим или кажется неосуществимым. Так, создание вокруг Луны постоянной атмосферы за счет газов, полученных искусственно из лунных пород, представляется нереальным, фантастическим, главным образом из-за слабой лунной гравитации. Гравитация на лунной поверхности в 6 раз меньше земной, и искусственная лунная атмосфера должна быстро улетучиться. Но тот же проект для Марса принципиально вполне осуществим, и возможно, что когда- нибудь усилия человечества превратят Марс в маленькую Землю. Впрочем, и для Луны могут быть открыты способы, обеспечивающие стабильность ее искусственной атмосферы. А тогда на Луне, быть может, удастся создать и гидросферу, и биосферу. Мертвый мир Луны будет оживлен человеческим Разумом.

Из всех планет Солнечной системы Марс, несомненно, первым подвергнется «колонизации». Пилотируемые полеты к Марсу проектируются на 90-е годы текущего века, а высадка первой экспедиции на Марс — до 2000 года.

Однако уже сейчас Марс обзавелся искусственными спутниками, и на его поверхность опустились советские автоматические станции. Это случилось всего через 5 лет после посадки таких станций на Луну, несмотря на то что даже при наибольшем сближении с Землей Марс почти в 150 раз дальше Луны — факт многозначительный, иллюстрирующий необычайно бурный прогресс космонавтики.

Если бы мы располагали двигателем, который на протяжении всего полета к Марсу придавал бы космическому кораблю ускорение, равное 9,8 м в секунду, то до Марса можно было бы добраться всего за неделю. Сейчас пока невозможно представить, как подойти к техническому решению такой задачи, но и утверждать, что средства межпланетных сообщений останутся такими же, как и сегодня, тоже нельзя. Впрочем, если речь идет о Марсе, то и при современном уровне техники его освоение вполне возможно. Вероятно, стадийность заселения Марса и Луны будет одинаковой.

Освоение Солнечной системы — это не только полеты на планеты, их спутники и заселение некоторых из них людьми и автоматами. Это прежде всего и раньше всего переделка нашей Земли по вкусу и требованиям человечества. Не все нравится нам в нашей космической колыбели. Пока человечество находилось в младенческом состоянии, с этим приходилось мириться. Но сейчас оно настолько повзрослело, что не только вышло из своей колыбели, но и почувствовало в себе силы заняться коренной переделкой собственной планеты.

Нет недостатка в проектах искусственного изменения климата. Например, предлагается перегородить плотиной Берингов пролив и перекачивать атомными насосами теплую воду Тихого океана в Ледовитый океан. Есть немало проектов изменения направления теплого течения Гольфстрим, в частности использование его для отепления североамериканского побережья. Большую популярность приобрели проекты поворота вспять крупнейших рек Сибири и обводнения с их помощью засушливых районов Средней Азии. Есть аналогичные проекты «оживления» Сахары и других пустынных районов Земли. Все эти проекты объединяет один недостаток — в них не учитываются последствия их реализации, которые могут оказаться катастрофическими (например, поворот Гольфстрима к побережью Северной Америки вызовет оледенение Европы). Теми же пороками страдают и проекты обширных водохранилищ, новых каналов и вообще всяких крупных искусственных изменений в физической природе Земли, в том числе искусственного уменьшения облачности или обильного дождевания.

Следовательно, переделке Земли должно предшествовать тщательное научно обоснованное прогнозирование последствий вмешательства человечества в установившееся равновесие природных явлений.

Не умея пока переделать собственную планету, человечество тем не менее обсуждает радикальные проекты переделки всей Солнечной системы. Нашу самоуверенность можно, пожалуй, оправдать тем, что реализация этих проектов — дело далекого будущего, дело неимоверно трудное, к которому надо готовиться загодя.

В астрономии по традиции принято называть планеты «небесными землями». Условность этого термина ныне очевидна — даже в нашей Солнечной системе, строго говоря, ни одна планета не похожа на Землю. При переделке Солнечной системы главной целью, очевидно, будет исправление этого «недостатка природы». Говоря яснее, человечество, вероятно, построит вокруг Солнца годные для жизни искусственные сооружения, максимально использующие запасы вещества планет и животворящую энергию Солнца.

Истоки этой идеи мы находим у К. Э. Циолковского в его проекте искусственных планет земного типа или гораздо меньших «космических оранжерей». С точки зрения чисто количественной запаса вещества в одних планетах-гигантах вполне хватило бы на изготовление нескольких сотен «искусственных земель» или нескольких сотен тысяч «космических оранжерей». В принципе можно было бы перевести все их на более близкие к Солнцу орбиты. Беда в том, что качественно планеты-гиганты для этой цели неподходящи — нельзя же строить «искусственные земли» из водорода или других газов (если, конечно, не предварить это строительство термоядерным синтезом тяжелых элементов).

Некоторые исследователи (И. Б. Бестужев-Лада и независимо от него Ф. Дайсон) предложили окружить Солнце исполинской искусственной сферой, на внутренней поверхности которой разместить все, почти неисчислимое к тому времени человечество. Такая сфера полностью улавливала бы излучение Солнца, и эта энергия стала бы одной из основных энергетических баз «бывших» землян («бывших» потому, что на постройку такой сферы придется израсходовать вещество всех планет, в том числе Земли). Несколько лет назад было, однако, показано, что такая сфера динамически неустойчива, а значит, и непригодна для обитания.

В некоторых проектах предлагается, не покидая нашу колыбель и не «стирая ее в порошок», наращивать Землю извне за счет вещества других планет. Очевидно, при таком наращивании все новых и новых этажей прогрессивно будет возрастать сила тяжести, что сильно затруднит не только строительство «новой Земли», но и обитание на ней чрезмерной «отяжелевших» людей.

В проектах проф. Г. И. Покровского[53] взамен «Сферы Дайсона» предлагается создание вокруг Солнца из вещества планет различных устойчивых твердых динамических конструкций.

В последнее время большую популярность приобрели проекты американского исследователя О’Нейла, рассчитанные на реализацию в течение ближайшего полувека. О’Нейл предлагает постепенно расселить человечество в громадных металлических станциях-цилиндрах, где предполагается создать вполне земной комфорт вплоть до пастбищ и облаков, извергающих дождь. Вращение цилиндров вокруг оси создаст искусственную тяжесть, причем цилиндры должны быть ориентированы так, чтобы их основание постоянно было направлено на Солнце. Здесь в торце станции предполагается разместить электростанцию, дающую мощность 120 киловатт на каждого обитателя «искусственной планеты»[54].

Первая станция рассчитана на 10 000 человек. При радиусе 100 м она должна иметь в длину 1 км. Скорость ее вращения — один оборот за 21 секунду. Станция второй очереди должна обладать внутренней поверхностью в 10 раз большей, чем у первой модели. К 2008 году спроектирована станция длиной 40 км и диаметром 7 км, в которой должны разместиться 20 млн. человек! Через полвека, если верить О’Нейлу, 90 % населения Земли переселится в его цилиндры!

Можно быть, однако, уверенным, что этого наверняка не произойдет. Цилиндры О’Нейла отнюдь не решат современных проблем человечества, в том числе социальных и экологических. Проекты американского ученого несут в себе явные черты утопии. Достаточно представить себе жизнь 10 000 человек внутри первого цилиндра длиной всего 1 км, чтобы ощутить физический и психологический дискомфорт, который ожидает землян, рискнувших покинуть надолго родную планету. Нет, еще много веков (если не навсегда) Земля останется для человечества не только его колыбелью, но и любимой отчизной.

Во всех этих кажущихся фантастическими проектах, безусловно, верна основная идея: освоение Солнечной системы человечеством завершится лишь тогда, когда оно полностью и наиболее удобным для себя образом использует вещество и энергию этой системы, в первую очередь Земли.

Путь к звездам лежит через недра Земли.