Охота на термоядерную энергию началась во время холодной войны с обеих сторон железного занавеса. В 1968 году советские ученые сообщили, что им удалось изготовить плазму под воздействием высокой температуры в магнитном поле в виде пончика – она называется «токамак». Вскоре такого же результата добились британские физики. Сегодня ученые со всего мира совместно работают над строительством самого крупного в мире экспериментального термоядерного реактора во Франции (ITER). Согласно плану, первую плазму токамак проекта ITER произведет в 2025 году
[291].
Проблема токамака в том, что управлять им нужно очень точно, а магнитное поле удерживается благодаря тому, что электрический ток все растет, и растет, и растет. Разумеется, долго этот процесс продолжаться не может, а инженеры ITER рассчитывают, что им удастся удерживать плазму примерно полчаса, до того как механизм придется отключить и охладить. Подобного рода постоянные колебания температуры предъявляют очень высокие требования к материалам, которые применяются для строительства реактора.
Еще один замысел носит футуристичное название «стелларатор»: магнитное поле имеет безумно сложную форму, благодаря которой механизм можно охлаждать, не делая перерывов. Впервые идею подобного реактора предложили в 1950-е годы, но мощность компьютеров позволила ученым подступиться к задаче по разработке сложной геометрии только в 1980-е годы. В 2016 году в Германии стелларатор Wendelstein 7-X справился с задачей и удерживал плазму водорода при температуре более 10 миллионов градусов примерно одну секунду
[292], а теперь ученые работают над его усовершенствованием.
Слияние атомов будет происходить лишь до тех пор, пока в реакторе поддерживается высокая температура. Если что-то пойдет не так и реактор потеряет контроль над магнитным полем, все остановится. Поэтому он не представляет таких опасностей, как неконтролируемая реакция, взрывы и расплавления, известных нам по катастрофам на ядерных электростанциях в Чернобыле и на Фукусиме. Также проблем с отходами у термоядерного реактора гораздо меньше, чем у сегодняшних ядерных электростанций, но, когда атомные ядра сливаются, выделяются нейтроны – они попадают на материалы, из которых сделан реактор, и выделяется небольшое количество радиоактивных отходов. В течение нескольких сотен лет с ними необходимо обращаться как с особыми отходами.
Несмотря на то что развитие идет медленно, в реальности нет никаких причин, чтобы нам не удалось построить термоядерный реактор. Может быть, через 100, 200 или 500 лет важнейшим энергоресурсом станет морская вода. Все, что нам нужно, – достаточное количество денег и ресурсов, чтобы поддерживать крупные научные программы до тех пор, пока нам не улыбнется удача. Но решит ли почти бесконечный источник чистой энергии все наши проблемы?
Не совсем. Конечно, энергия – потребность номер один, но все наши прочие материальные потребности энергия автоматически не покроет. Зубчатые колеса по-прежнему будут истираться, а стальные сваи – ржаветь. Чтобы восполнить потери, нам придется дробить все больше и больше породы. Дыры в земной коре и кучи отходов не станут новой породой – и не важно, сколько у нас будет энергии. Может быть, в мире, где все перекопано и раздроблено, материалов у нас будет достаточно. Но мы же хотим не этого.
И нам по-прежнему будут нужны пища, воздух и вода. Для чистого воздуха, чистой воды и плодородной почвы нужна не только энергия. Нужны работающие экосистемы, а они зависят от достаточного количества правильного питания и от совместной работы крупных цепочек с хрупкими механизмами.
Химические элементы в космосе
Возможно, мы подойдем к пределу количества ресурсов, добываемых из земной коры. Но зачем ограничиваться землей? У нас же есть целая Вселенная!
Материалами из космоса мы уже пользовались. Кинжал Тутанхамона был сделан из железа, упавшего с небес
[293]. Каждый год на поверхность Земли падают тысячи метеоритов (многие из них – в Норвегии), хотя большинство из них размером с маленькую пылинку. В год из космоса мы получаем примерно 2500 тонн железа, 600 тонн никеля и 100 тонн кобальта
[294]. Для сравнения: из земной коры мы добываем соответственно 1,5 миллиарда, 2 миллиона и 110 тонн этих металлов
[295].
Материалов в космосе действительно много. В одной только Солнечной системе есть тысячи астероидов – объектов, вращающихся вокруг Солнца, которые по размеру гораздо меньше планет. Мельчайшие размером с гальку, а у самого крупного из известных астероидов, Цереры, диаметр составляет примерно тысячу километров. Большинство астероидов расположены в поясе между Марсом и Юпитером, в 150–450 миллионах километров от Земли: сегодня из них нам известны 250 (а по некоторым оценкам, более тысячи) довольно крупных объектов, которые могут подойти так близко к Земле, что столкнутся с ней.
Астероиды расположены далеко, и изучать их трудно. То, что известно о строении астероидов, ученые выяснили или наблюдая за светом, отражающимся от их поверхности и идущим в сторону Земли, или по фотографиям, снятым космическими зондами, прошедшими близко от астероидов. Кроме того, можно изучать метеориты, оказавшиеся на земной поверхности, допуская, что они похожи на астероиды.
На сегодняшний день ученым известно, что примерно три четверти известных астероидов состоят из углерода, кислорода и иных химических элементов, распространенных на Земле. Также в форме льда на них содержится большое количество воды. Астероиды второго по распространенности вида по большей части состоят из железа, кремния и магния, в то время как чуть менее 10 % астероида содержат металлическое железо с другими ценными металлами, такими как кобальт, золото, платина и палладий
[296].
Во Вселенной есть огромное количество сырья, и поэтому уже существуют коммерческие организации, строящие планы по его добыче. Проще добыть материалы с астероида, чем с планеты или Луны, поскольку у мелких астероидов гравитационное поле почти отсутствует. Космическим кораблям не придется тратить энергию на торможение, чтобы приземлиться, а что еще важнее, им не понадобится тратить много энергии на то, чтобы вместе с сырьем подняться с его поверхности и уйти в космос. Добыча на астероиде будет идти следующим образом: выломать материал, отсортировать нужные минералы в своего рода крутящемся колесе (или другом подобном механизме), а затем материалы сами поднимутся в воздух, их соберут гигантской сетью и отбуксируют к Земле
[297].
