В результате исследований специалисты определили потенциальную возможность существования крупных постоянных поселений на Луне с использованием местных водных ресурсов. Однако они констатировали, что объёма воды может быть недостаточно для поддержания жизни в городах, насчитывающих сотни тысяч или миллионы жителей. Даже при условии максимально эффективной утилизации имеющегося льда его запасы будут постепенно истощаться, в то время как небольшие лунные базы смогут функционировать более продолжительное время.

Основное скопление водяных ресурсов на Луне наблюдается вблизи полюсов, где расположены кратеры с дном, не подвергавшимся воздействию солнечного света на протяжении миллиардов лет. В некоторых из этих зон температура падает до приблизительно −163 °C. Благодаря таким условиям, водяной лёд практически не подвержен испарению даже в вакууме и способен сохраняться в лунном грунте в течение длительных геологических периодов.

Предполагается, что часть водных ресурсов могла быть доставлена на Луну вместе с астероидами и кометами. Данные, полученные с орбитальных станций, подтверждают наличие льда в областях, постоянно находящихся в тени, но его точный объём остаётся неясным.

В рамках исследования был проанализирован наиболее благоприятный сценарий, предполагающий наличие около 910 миллионов тонн доступной воды. На основе этих данных были выполнены расчёты, демонстрирующие продолжительность жизнеобеспечения поселений различного масштаба при разных степенях переработки водных ресурсов.

Даже столь значительный запас оказался бы недостаточным для обеспечения жизнедеятельности крупного населённого пункта в долгосрочной перспективе без повторного использования. Потребление воды существенно возрастает с увеличением численности населения до сотен тысяч или миллиона человек, поскольку она необходима не только для питья, но и для приготовления пищи, поддержания гигиены и выращивания сельскохозяйственных культур.

Несмотря на то, что при возврате в систему 98% использованной воды — показатель, сопоставимый с тем, что достигается на Международной космической станции, — город с населением около миллиона жителей смог бы просуществовать лишь немного больше столетия, используя запас в 910 миллионов тонн.

В настоящее время оценки запасов лунного льда значительно скромнее максимального прогнозируемого сценария. По мнению авторов, они могут быть на три порядка ниже. В случае подтверждения этих оценок, ресурсная база для создания крупного лунного поселения уменьшится на аналогичный порядок.

Малые населённые пункты обладают преимуществом. База, рассчитанная примерно на тысячу человек, либо небольшой город с населением около десяти тысяч жителей при условии эффективной очистки и повторного использования воды, потенциально может просуществовать несколько столетий или даже больше.

В отношении энергоснабжения ситуация представляется более благоприятной. Месторождения льда, служащие источником воды, находятся вблизи возвышенных районов возле лунных полюсов, которые большую часть времени подвергаются воздействию солнечного света. На этих территориях возможно размещение крупных солнечных электростанций.

Согласно расчётам специалистов, километровые сооружения с фотоэлектрическими панелями потенциально способны генерировать приблизительно 3 гигаватта электроэнергии. Наличие кремния на Луне позволяет предположить, что в отдалённом будущем часть солнечных батарей можно будет производить из местных ресурсов.

Исходя из этого, основным ограничивающим фактором для развития крупных поселений может оказаться не энергетическая составляющая, а дефицит воды. Она потребуется не только для обеспечения жизнедеятельности людей, но и для нужд сельского хозяйства, промышленности, а также, возможно, для производства компонентов ракетного топлива.

Возможны различные способы решения этой проблемы. Один из них – дальнейшее совершенствование технологий переработки воды. Другой – снижение её потребления, например, за счёт внедрения более эффективных методов выращивания растений. Теоретически воду можно доставлять с Земли или добывать из доступных астероидов, однако эти подходы существенно усложнят формирование самодостаточной лунной экономики.

По мнению авторов, наиболее целесообразным направлением исследований является выявление дополнительных залежей льда. Современные технологии дистанционного зондирования позволяют эффективно изучать лишь верхние слои грунта, достигающие нескольких метров в толщину, в то время как рыхлый лунный реголит в некоторых местах может залегать на глубину до десятков метров.

В случае если значительные объёмы льда находятся на большей глубине, потенциальные водные ресурсы Луны могут существенно превышать текущие оценки. В связи с этим, перед началом строительства крупных и долгосрочных лунных поселений необходимо проведение детального обследования полярных кратеров для определения не только общего количества воды, но и доступности её извлечения.

Авторы акцентируют внимание на том, что их вычисления не исключают возможность постоянного пребывания людей на Луне. Они указывают на то, что имеющихся запасов льда может быть достаточно для организации небольших баз и поселений, однако создание крупных городов с населением в сотни тысяч или миллионы человек потребует либо обнаружения значительно больших объёмов воды, либо разработки существенно более эффективных технологий её переработки.

Исследование принято к публикации в журнале Frontiers in Space Technologies.