Одна из возможных схем такого процесса представлена на рис. 12. Начинается все с измельчения грунта до максимального размера частиц 200 мкм (для этого могут использоваться вибрационные мельницы). Далее он газовым потоком направляется в печь обжига, причем по пути к печи в грунт добавляется ферросилиций, измельченный до частиц размером 50 мкм. Ферросилиций необходим для восстановления железа, но, кроме того, сам является промежуточным продуктом на других, следующих, стадиях металлургического процесса.

При температуре 1300 °C кремний диффундирует из частиц ферросилиция и при этом будет восстанавливаться железо. Продуктом этого процесса является силикатный расплав со взвешенными в нем частицами железа. После охлаждения и измельчения этой смеси железо извлекается с помощью магнитной сепарации, а низкожелезистый силикат поступает в главный реактор.

Рис. 12. Один из вариантов технологической схемы получения конструкционных металлов из лунного грунта. Среди технологических устройств в нее входят: печь для отгонки алюминия от расплава температурой 2300 °C (II, печь для отгонки кальция, магния, алюминия, кремния и окиси углерода (III), реактор восстановления металлов углеродом (IV). Используются следующие процессы: выделение железа (2), сплавление железа и кремния при температуре 1500 °C (3), отгонка магния при температуре 1200 °C (4), конденсация и фильтрование (5), электролиз воды (6), разделение твердых и газообразных продуктов электролиза (7), диффузия железа из силикатов (I). Необходима также печь-центрифуга для разделения железа и шлаков (1)

В главном реакторе, а его можно представить в виде печи, вращающейся вокруг продольной оси (для гравитационного разделения образовавшегося сплава металлов, шлака и газов), происходит термическое восстановление металлов. После добавления в силикат, поступивший в реактор, углерода и при нагреве смеси до 2300 °C происходят химические реакции восстановительного типа, протекающие с выделением тепла.

На этом этапе металлургического процесса образовавшийся сплав кремния с алюминием отделяется от шлака и газообразных продуктов, поступает в дистиллятор, где алюминий и кремний разделяются. Окись углерода, пары кальция, магния и частично алюминия и кремния подвергаются дальнейшему разделению. Окись углерода, например, может соединиться с водородом и образовать воду, метан и некоторые другие углеводороды. Эта реакция давно используется в промышленности и хорошо изучена. В качестве катализатора может применяться окись железа. Метан, а также водород сушатся в конденсаторе для отделения воды. Вода электролизом разлагается на кислород и водород. Кислород выделяется в готовый продукт, а водород возвращается в реактор.

Рассмотренный в качестве примера металлургический процесс вполне пригоден для условий Луны с точки зрения энергопотребления, необходимого для данного оборудования, и практической его отработанности. Для своей реализации он требует минимума веществ, доставляемых с Земли, и дает хороший выход продукции на единицу массы оборудования. Веществами «нелунного» происхождения в технологическом цикле будут только углерод и водород, которые практически не расходуются, а используются в замкнутом цикле.

Кроме получения из лунного грунта металлов и других химических веществ, можно представить и иные возможности по переработке этого грунта в конструкционные материалы, такие, как стекло. Сырьем для производства стекла может служить плагиоклаз материкового реголита, представляющий собой почти чистый CaAl2Si2O8 с 0,5 % NaO2 и составляющим доли процента FeO. По сравнению с земным стекло из лунного грунта должно быть прочнее и выдерживать более длительные механические нагрузки без разрушения, так как из-за отсутствия воды в породах Луны, поверхность стекла должна иметь меньше дефектов, снижающих его прочность.

Используя лунный грунт, можно осуществлять и такой процесс, как базальтовое литье, широко применяемое при изготовлении пустотелого кирпича, строительных блоков, труб диаметром 3-10 см и длиной 1–1,5 м, отличающихся высокой стойкостью к кислотам и щелочам. Прочность продуктов этого литья из лунных пород может достигать при сжатии 10000-12000 кг/кв. см, а при растяжении -500- 1100 кг/кв. см.

Для изготовления конструкционных элементов с низкой теплопроводностью, а также фильтров могут использоваться спеченные материалы. По совокупности характеристик наиболее благоприятные условия для спекания частиц лунного грунта — нагрев их до температур 800–900 °C с выдержкой в печи от нескольких секунд до десятков минут и последующее быстрое охлаждение со скоростью 0,1–5 °C/мин.

Приблизительные расчеты показывают, что в некоторых случаях переработку лунного вещества в конструкционные материалы рентабельнее проводить в космическом пространстве, а не на Луне. При организации технологического цикла на поверхности Луны не всегда можно обеспечить непрерывное, освещение солнечными лучами устройств, преобразующих свет в электричество, в то время как в космическом пространстве это не представляет собой сложную проблему. Если учесть, что на транспортировку груза с лунной поверхности в космос требуется энергии в 5 раз меньше, чем на его переработку, то окончательная энергетическая стоимость производства в космическом пространстве получается в 8 раз меньшей, чем на Луне.

Вполне вероятно, что энергетические спутники будущего, о которых говорилось выше, более правильно себе представлять как некоторые промышленно-энергетические комплексы с большими производственными возможностями.

Итак, с самых древнейших времен истории человечества Луна всегда была объектом восхищения и пристального интереса. Однако в разные периоды развития нашей цивилизации Луна по разному воздействовала на чувства и разум людей. Романтический период восприятия Луны сменился в свое время рационалистическим. Вслед за поэтами к ней обратили свои пытливые взоры ученые, а затем пришла пора и людей практического ума.

Огромную роль в вовлечении Луны в сферу практических интересов сыграли впечатляющие успехи космонавтики, совершившие переворот в наших представлениях о месте человечества в космическом пространстве и приблизившие к нам необъятные просторы Вселенной. Эффективная работа советских космических аппаратов в космосе во многом определила эти успехи.

«Седьмой континент» Земли, как иногда называют Луну, все больше привлекает к себе внимание инженеров и экономистов, прикидывающих различные варианты использования ее природных ресурсов. И пусть разработка лунных недр и создание научных баз не являются первоочередной задачей сегодняшнего дня. Все равно когда-нибудь человечество объединенными усилиями развернет работы по освоению ближайшего к нам небесного тела. И тогда люди с благодарностью вспомнят и первые космические аппараты, проложившие путь к практическому освоению естественного спутника нашей родной планеты.

Сведения о советских аппаратах для исследования Луны