Witamy ponownie w naszej serii poświęconej kolonizacji układu słonecznego! Dzisiaj przyglądamy się najbliższemu niebiańskiemu sąsiadowi na Ziemi. Zgadza się, patrzymy na Księżyc!
Są szanse, że wszyscy słyszeliśmy o tym więcej niż raz w życiu, a nawet mieliśmy własne przemyślenia na ten temat. Jednak w przypadku agencji kosmicznych na całym świecie, futurystów i prywatnych firm z branży lotniczej idea kolonizacji Księżyca nie jest kwestią „jeśli”, ale „kiedy” i „jak”. Dla niektórych ustanowienie stałej obecności człowieka na Księżycu jest kwestią przeznaczenia, podczas gdy dla innych jest kwestią przetrwania.
Nic dziwnego, że plany założenia ludzkiej osady pochodzą zarówno z lądowania na Księżycu, jak i wyścigu kosmicznego. W ciągu ostatnich kilku dekad wiele z tych planów zostało odkurzonych i zaktualizowanych dzięki planom odnowienia ery eksploracji Księżyca. Co więc trzeba zrobić, aby ustanowić stałą obecność człowieka na Księżycu, kiedy to może się zdarzyć, i czy jesteśmy gotowi na to wyzwanie?
Jeszcze zanim powstały propozycje kolonii księżycowych, idea ludzkości żyjącej na Księżycu była szeroko badana w fikcji, a przykłady sięgały ponad stu lat. Ponadto już na początku XX wieku pojawiły się spekulacje, że Księżyc może być już zamieszkany przez rodzime formy życia (podobnie jak w przypadku Marsa).
Przykłady w fikcji:
W latach 1940. i 60. autor fantastyki naukowej Robert A. Heinlein pisał obszernie o pierwszych podróżach i ostatecznej kolonizacji Księżyca. Obejmowały one wiele opowiadań z lat 40. XX wieku, które opisują, jak wyglądałoby życie w osadach na „Luna” (nazwa powszechnie używana przez Heinleina do opisania skolonizowanego Księżyca.
W 1966 roku Heinlein wydał nagradzaną powieść Hugo, Księżyc jest surową kochanką, która opowiada historię potomków księżycowej kolonii karnej walczącej o niepodległość od Ziemi. Ta historia spotkała się z dużym uznaniem za sposób, w jaki łączył komentarze polityczne z zagadnieniami takimi jak eksploracja kosmosu, zrównoważony rozwój i sztuczna inteligencja. Właśnie w tej pracy Heinlein wymyślił termin „TANSTAAFL” - akronim od „Nie ma czegoś takiego jak darmowy lunch”.
W 1985 roku Heinlein wydał Kot, który idzie przez ściany, gdzie znaczna część książki ma miejsce na Wolnej Lunie po wygranej walce o niepodległość i zawiera postacie z niektórych jego wcześniejszych prac.
Kolonizacja Księżyca była również badana w fikcji przez nieżyjącego i wielkiego Arthura C. Clarke'a. Obejmowało to krótką historię Światło Ziemi (1955), gdzie osada na Księżycu zostaje uwięziona w środku wojny między Ziemią a sojuszem Marsa z Wenus. Następnie Fall of Moondust (1961), w którym znajduje się księżycowy statek pełen turystów tonący w morzu Moondustu.
W 1968 roku Clarke współpracował z reżyserem Stanleyem Kubrickiem przy tworzeniu filmu science fiction 2001: A Space Odyssey, gdzie część fabuły rozgrywa się w amerykańskiej kolonii księżycowej poddanej kwarantannie po znalezieniu w pobliżu obiektu obcego pochodzenia. Clarke rozwinął to w nowatorskiej wersji wydanej w tym samym roku. Księżycowa kolonia jest także wspomniana w nagrodzonej Mgławicą Clarke'a i powieści Hugo Spotkanie z Ramą (1973).
Ursula K. Le Guin, koleżanka science fiction, także w swojej powieści z 1971 roku zawiera księżycową kolonię Tokarka Nieba, która zdobyła nagrodę Locus za najlepszą powieść w 1972 r. i została dwukrotnie przystosowana do filmu (1980 i 2002). W alternatywnej rzeczywistości bazy księżycowe powstały w 2002 roku, a następnie zostały zaatakowane przez wrogi obcy gatunek z Aldebaran (który w innej rzeczywistości jest łagodny).
W 1973 roku późny i wielki Izaak Asimov wydał powieść Sami bogowie, gdzie trzecia sekcja ma miejsce w księżycowej osadzie na początku 22 wieku.Szaleńcy (1988) Kim Stanley Robinson (autor Czerwony Mars trylogia, 2312 i Zorza polarna) skupia się na grupie zniewolonych górników zmuszonych do pracy pod powierzchnią Księżyca, które wywołują bunt.
Krótka historia z 1995 roku „Byrd Land Six” autorstwa Alastaira Reynoldsa wspomina o kolonii Księżyca o gospodarce skoncentrowanej na wydobyciu helu-3. W 1998 Ben Bova wydał Wschód księżyca i Moonwar, dwie powieści koncentrujące się na bazie Księżyca, ustanowionej przez amerykańską korporację, i która ostatecznie buntuje się przeciwko Ziemi. To część jego serii „Grand Tour”, która wspólnie zajmuje się kolonizacją Układu Słonecznego.
W 2017 roku Andy Weir (autor Marsjanin) wydany Artemida, powieść osadzona w księżycowym mieście, którego gospodarka opiera się na turystyce księżycowej. Dużą uwagę przywiązuje się do szczegółów codziennego życia na Księżycu, które obejmują opisy elektrowni jądrowej, huty aluminium i zakładu produkcji tlenu.
Propozycje:
Najstarszy zarejestrowany przykład ludzi żyjących na Księżycu został wykonany w XVII wieku przez biskupa Johna Wilkinsa. W jego Dyskurs dotyczący nowego świata i innej planety (1638), przepowiedział, że ludzie pewnego dnia nauczą się latać i zakładać księżycową kolonię. Jednak szczegółowe i oparte na podstawach naukowych propozycje pojawią się dopiero w XX wieku.
W 1901 r. Napisał H.G. Wells Pierwsi ludzie na Księżycu, która opowiada historię rodzimych mieszkańców Księżyca (Selenity) i zawiera elementy prawdziwej nauki. W 1920 roku Konstantin Tsiolkovsky (uznany przez wielu za „ojca astronautyki i rocketrii”) napisał powieść Poza ziemią. Ta powieść opowiada historię ludzi kolonizujących Układ Słoneczny i szczegółowo opisuje życie w kosmosie.
Na początku wyścigu kosmicznego w latach 50. naukowcy, inżynierowie i architekci zasugerowali szereg koncepcji i projektów. W 1954 roku Arthur C. Clarke zaproponował stworzenie podstawy księżycowej składającej się z nadmuchiwanych modułów pokrytych pyłem księżycowym do izolacji. Komunikacja odbywałaby się z astronautami w terenie przy użyciu nadmuchiwanego masztu radiowego.
Z czasem powstanie większa, stała kopuła, która opiera się na oczyszczaczu powietrza na bazie alg, reaktorze jądrowym do zasilania i armatkach elektromagnetycznych do wypuszczania ładunku i paliwa na statki w kosmosie. Clarke zgłębiał tę propozycję dalej, opowiadając w 1955 roku Światło Ziemi.
W 1959 r. Armia amerykańska rozpoczęła badania
W 1959 roku John S. Rinehart - ówczesny dyrektor Górniczego Laboratorium Badawczego w Colorado School of Mines - zasugerował strukturę księżycową, która mogłaby „[unosić się] w stacjonarnym oceanie pyłu”. Było to odpowiedzią na popularną wówczas teorię, że istniały oceany regolitu, które znajdowały się na wysokości 1,5 km (jednej mili) głęboko na Księżycu.
Ta koncepcja została nakreślona w badaniu Rineharta „Podstawowe kryteria budowania Księżyca” w Journal of British Interplanetary Society, gdzie opisał „pływającą podstawę” składającą się z półcylindra z pół-kopułami na obu końcach i umieszczonej powyżej osłony mikrometeoroidowej.
W 1961 r., W tym samym roku, w którym prezydent Kennedy ogłosił program Apollo, siły powietrzne USA opublikowały tajny raport oparty na poprzedniej ocenie księżycowej bazy wojskowej sporządzonej przez armię USA. Plan ten, znany jako Lunex Project, wymagał lądowania na Księżycu przez załogę, która ostatecznie doprowadziłaby do podziemnej bazy sił powietrznych na Księżycu do 1968 roku.
W 1962 r. John DeNike (kierownik programu ds. Zaawansowanych programów NASA) i Stanley Zahn (dyrektor techniczny ds. Badań Księżyca w Bazie Kosmicznej w Martin Company) opublikowali badanie zatytułowane „Lunar Basing”. Ich koncepcja wymagała stworzenia podpowierzchniowej bazy zlokalizowanej w Morzu Spokoju, przyszłym miejscu lądowania Apollo 11 misja.
Podobnie jak propozycja Clarke'a, baza ta polegałaby na reaktorach jądrowych w zakresie zasilania i opartym na glonach systemie filtracji powietrza. Baza składałaby się z 30 modułów siedliskowych podzielonych na siedem obszarów życia, osiem obszarów działania i 15 obszarów logistycznych. ogólna baza miałaby powierzchnię 1300 m² (14 000 stóp kwadratowych), która mogłaby pomieścić 21 członków załogi.
W latach 60. NASA przeprowadziła wiele badań, które zalecały tworzenie siedlisk inspirowanych architekturą misji programu Apollo (w szczególności Saturn V. rakieta i jej pochodne). Plany te przewidywały umieszczenie modułów stacji kosmicznej na powierzchni Księżyca i wykorzystanie istniejących projektów i technologii w celu obniżenia kosztów i zapewnienia niezawodności.
W 1963 roku, podczas trzynastego Materiały z Kolokwium Badań Księżyca i Planetarnych, William Sims opracował badanie zatytułowane „Architektura bazy księżycowej”. Jego projekt wymagał zbudowania siedliska pod ścianą krateru uderzeniowego z pobliskim lądowiskiem dla statku kosmicznego. Siedlisko byłoby wysokie na trzy piętra
Okna te pozwoliłyby również na wnikanie światła do siedliska i byłyby izolowane zbiornikami na wodę w celu ochrony przed promieniowaniem. Reaktory jądrowe miały zapewniać energię, podczas gdy sekcje siedliska miały być przeznaczone na pomieszczenia biurowe, warsztaty, laboratoria, obszary mieszkalne i farmę, aby produkować jak najwięcej żywności dla załogi.
Być może najbardziej wpływowym projektem ery Apollo było dwutomowe „badanie syntezy bazy księżycowej”, ukończone w 1971 r. Przez firmę lotniczą North American Rockwell. W ramach badań opracowano projekt koncepcyjny serii księżycowych baz powierzchniowych (LSB), które zostały opracowane w ramach powiązanych badań orbitującej stacji księżycowej.
W ostatnich latach wiele agencji kosmicznych opracowało propozycje stworzenia kolonii na Księżycu. W 2006 r. Japonia ogłosiła plany bazy Księżycowej do 2030 r. Rosja złożyła podobną propozycję w 2007 r., Która zostanie zbudowana w latach 2027–32. W 2007 r. Jim Burke z Międzynarodowego Uniwersytetu Kosmicznego we Francji zaproponował utworzenie Arki Księżycowej Noego, aby zapewnić przetrwanie cywilizacji ludzkiej przez kataklizm.
W sierpniu 2014 r. Przedstawiciele NASA spotkali się z liderami branży w celu omówienia opłacalnych sposobów budowy bazy księżycowej w regionach polarnych do 2022 r. W 2015 r. NASA przedstawiła koncepcję osadnictwa księżycowego, która polegałaby na robotycznych robotach (znanych jako Trans -Formers) i heliostaty, aby utworzyć księżycową osadę wokół południowego regionu polarnego Księżyca.
W 2016 r. Szef ESA Johann-Dietrich Wörner zaproponował utworzenie międzynarodowej wioski na Księżycu jako następcy międzynarodowej stacji kosmicznej. Utworzenie tej wioski opierałoby się na tych samych partnerstwach międzyagencyjnych co ISS, a także partnerstwach między rządami a prywatnymi interesami.
Wyzwania:
Oczywiste jest, że utworzenie kolonii księżycowej byłoby ogromnym zaangażowaniem pod względem czasu, zasobów i energii. Podczas gdy rozwój rakiet wielokrotnego użytku i inne środki zmniejszają koszty poszczególnych startów, wysyłanie ładunków na Księżyc jest nadal bardzo kosztownym przedsięwzięciem - szczególnie tam, gdzie wymagałoby się wielu ciężkich startów.
Jest także kwestia wielu naturalnych zagrożeń związanych z życiem na ciele takim jak Księżyc. Należą do nich skrajne temperatury, w których strona zwrócona do Słońca doświadcza wysokich wartości 117 ° C (242 ° F), podczas gdy ciemna strona doświadcza niskich wartości -43 ° C (-46 ° F). Większość powierzchni Księżyca jest również narażona na uderzenia meteoroidów i mikrometeoroidów.
Księżyc ma również delikatną atmosferę, jest praktycznie próżnią. Jest to jeden z powodów, dla których Księżyc przechodzi takie ekstremalne temperatury i dlaczego powierzchnia jest dziobana przez uderzenia (tj. Nie ma atmosfery, w której mogłyby się spalić meteory). Oznacza to również, że wszelkie osady będą musiały być szczelne, ciśnieniowe i izolowane od środowiska zewnętrznego.
Brak atmosfery (jak również magnetosfery) oznacza również, że powierzchnia jest narażona na znacznie więcej promieniowania niż to, do czego jesteśmy przyzwyczajeni tutaj na Ziemi. Obejmuje to promieniowanie słoneczne, które pogarsza się znacznie podczas zdarzenia słonecznego, oraz promienie kosmiczne.
Możliwe metody:
Od początku ery kosmicznej pojawiło się wiele propozycji dotyczących tego, jak i gdzie można zbudować kolonię księżycową. Miejsce ma szczególne znaczenie, ponieważ każda ugoda będzie musiała zapewnić pewien stopień ochrony przed żywiołami. Jak mówi przysłowie, trzy najważniejsze kwestie związane z nieruchomościami to: „lokalizacja, lokalizacja i lokalizacja”.
Z tego powodu na przestrzeni lat pojawiło się wiele propozycji budowy siedlisk księżycowych w miejscach, które umożliwiłyby naturalną ochronę i / lub ochronę. Obecnie najbardziej popularnym z nich jest basen Aitken na biegunie południowym, obszar silnego uderzenia wokół południowego regionu polarnego Księżyca, który jest silnie pokryty kraterami.
Jedną z głównych zalet tego regionu jest fakt, że jest on stale zacieniony, co oznacza, że doświadcza znacznie bardziej stabilnych temperatur. Ponadto wiele misji potwierdziło obecność lodu wodnego w regionie, który można zebrać w celu wytworzenia wszystkiego z wodoru (lub
Poza tym każda próba kolonizacji Księżyca będzie wymagała wykorzystania technologii takich jak produkcja przyrostowa (czyli drukowanie 3D), robotów i teleobecność. Baza (lub bazy) również będą musiały zostać wyprodukowane i dostarczać jak najwięcej przy użyciu lokalnych zasobów, metoda znana jako wykorzystanie zasobów in situ (ISRU).
NASA i ESA badają tę koncepcję od wielu lat i oboje opracowali własne metody przekształcania księżycowego regolitu i innych zasobów w użyteczne materiały. Na przykład od 2013 r. ESA współpracuje z firmą architektoniczną Foster + Partners przy projektowaniu międzynarodowej wioski księżycowej.
Proponowana metoda budowy tej podstawy polega na umieszczeniu nadmuchiwanych ram na powierzchni, które następnie zostaną pokryte betonem wykonanym z księżycowego regolitu, tlenku magnezu i soli wiążącej. NASA zaproponowała podobną metodę, która wzywa robotów wykorzystujących regolit „spiekany” do baz druku 3D. Polega to na stopieniu regolitu poprzez bombardowanie go mikrofalami, a następnie wydrukowanie go jako stopionej ceramiki.
Inne pomysły obejmują budowanie siedlisk w ziemi i posiadanie górnego poziomu, który zapewnia dostęp do powierzchni i wpuszcza naturalne światło. Istnieje nawet propozycja budowy osad księżycowych wewnątrz stabilnych rur lawowych, które nie byłyby
Istnieje nawet propozycja podstawy solenoidowej na Księżycu, która zapewniałaby własne ekranowanie przed promieniowaniem. Koncepcja ta została zaprezentowana przez inżyniera budownictwa Marco Peroni na Forum AIAA Space and Astronautics 2017 i składa się z przezroczystych kopuł zamkniętych torusem kabli wysokiego napięcia. Ten torus zapewniłby aktywne ekranowanie magnetyczne przed promieniowaniem i pozwoliłby na budowę osiedli w dowolnym miejscu na powierzchni.
Obfitość lodu wokół regionów polarnych zapewni osadnikom stałe źródło wody do picia, irygacji, a nawet może zostać przetworzone w celu wytworzenia paliwa i oddychającego tlenu. Konieczny będzie ścisły reżim recyklingu, aby zapewnić ograniczenie do minimum odpadów
Te toalety kompostujące można połączyć z księżycowym regolitem, aby stworzyć rosnącą glebę, którą można następnie nawadniać za pomocą miejscowo zebranej wody. Byłoby to niezbędne, ponieważ księżycowi koloniści musieliby hodować znaczną część własnego pożywienia, aby zmniejszyć liczbę dostaw, które musiałyby być regularnie wysyłane z Ziemi.
Woda księżycowa mogłaby również zostać wykorzystana jako źródło energii, jeśli kolonie są wyposażone w baterie elektrolityczne (w których cząsteczki wody są dzielone na wodór i tlen, a wodór jest spalany). Inne źródła energii mogą obejmować układy słoneczne, które można budować wokół brzegów kraterów i kierować energię do osad w ich obrębie.
Energia słoneczna z kosmosu byłaby również w stanie dostarczyć obfitą energię do osad w całym krajobrazie księżycowym. Reaktory jądrowe to kolejna opcja, podobnie jak reaktory termojądrowe (tokamak). Ta ostatnia opcja jest szczególnie atrakcyjna, biorąc pod uwagę fakt, że hel-3 (źródło energii dla reaktorów termojądrowych) występuje bardziej na powierzchni Księżyca niż na Ziemi.
Ewentualne zyski:
Szczerze mówiąc, założenie kolonii na którymkolwiek z ciał niebieskich w naszym Układzie Słonecznym ma poważne potencjalne korzyści. Ale posiadanie kolonii w pobliżu ciała niebieskiego na Ziemi byłoby szczególnie korzystne. Nie tylko moglibyśmy prowadzić badania, pozyskiwać zasoby i czerpać korzyści z nowych technologii, posiadanie bazy na Księżycu ułatwiłoby misje i kolonizację innych planet i księżyców.
Mówiąc prościej, kolonia na Księżycu może działać jak kamień przejściowy na Marsa, Wenus, Pas Asteroid i nie tylko. Dysponując infrastrukturą na powierzchni Księżyca i na orbicie - która mogłaby zatankować i naprawić statki kosmiczne zmierzające dalej do Układu Słonecznego - moglibyśmy zaoszczędzić miliardy na kosztach misji kosmicznych.
Jest to jeden z powodów, dla których NASA planuje założyć stację kosmiczną na orbicie Księżyca - Lunar Orbital Platform-Gateway (LOP-G), alias. Lunar Gateway, wcześniej znana jako Deep Space Gateway. Jest to również jeden z powodów, dla których ESA chce zbudować swoją Moon Village z międzynarodowymi partnerami. Z tego właśnie powodu Chiny i Rosja rozważają także własne placówki naziemne lub orbitalne.
Badania księżycowe byłyby również bardzo intratne. Badając wpływ niskiej grawitacji na ludzkie ciało, astronauci będą lepiej przygotowani do radzenia sobie z efektami długotrwałych podróży kosmicznych, misji na Marsa i innych ciał, w których niska g jest rzeczywistością. Badania te mogą również pomóc utorować drogę do założenia kolonii na tych ciałach.
Daleka strona Księżyca stwarza również poważne możliwości dla wszelkiego rodzaju astronomii. Ponieważ jest odwrócona od Ziemi, daleka strona Księżyca jest wolna od zakłóceń radiowych, co czyni ją doskonałą lokalizacją dla teleskopów radiowych. Ponieważ Księżyc nie ma atmosfery, tablice teleskopów optycznych - takie jak Very Large Telescope (VLT) ESO w Chile - również byłyby wolne od zakłóceń.
A potem masz interferometry - takie jak LIGO i Event Horizon Telescope (EHT), które byłyby w stanie szukać fal grawitacyjnych i obrazować czarne dziury z większą skutecznością. Można by również przeprowadzić badania geologiczne, które ujawniłyby znacznie więcej na temat Księżyca i powstawania układu Ziemia-Księżyc.
Obfitość zasobów na Księżycu, takich jak hel-3 i różne metale szlachetne i ziem rzadkich, może również pozwolić na gospodarkę eksportową. Pomogłoby to w tym, że Księżyc ma znacznie niższą prędkość ucieczki niż Ziemia - 2,38 km / s (1,5
Ale oczywiście żadna gospodarka księżycowa nie byłaby kompletna bez turystyki księżycowej. Kolonia na powierzchni oraz infrastruktura na orbicie sprawiłyby, że regularne wizyty na Księżycu byłyby opłacalne, a nawet opłacalne. Nietrudno sobie wyobrazić, że może to prowadzić do wszelkiego rodzaju zajęć rekreacyjnych - od kurortów i kasyn po muzea i wyprawy po całej powierzchni.
Przy odpowiednim zaangażowaniu pod względem zasobów, pieniędzy i siły roboczej - nie wspominając o duszach z prawdziwą przygodą! - może kiedyś być coś takiego jak Seleńczycy (lub jak to nazywał Heinlein „Loonies”).
Napisaliśmy wiele artykułów o kolonizacji Księżyca tutaj w Space Magazine. Oto plan Paula Spudisa dotyczący zrównoważonej i niedrogiej bazy księżycowej, dlaczego najpierw skolonizować Księżyc ?, stabilna tuba lawy może zapewnić potencjalne siedlisko ludzkie na Księżycu, a ESA planuje zbudować międzynarodową wioskę ... na Księżycu!
Aby uzyskać więcej informacji, sprawdź naszą czteroczęściową serię „Building a Moon Base”:
- Budowanie bazy księżycowej: Część 1 - Wyzwania i zagrożenia
- Budowanie bazy księżycowej: część 2 - koncepcje siedlisk
- Budowanie podstawy Księżyca: Część 3 - Projektowanie konstrukcyjne
- Budowanie bazy księżycowej: część 4 - infrastruktura i transport
Aby rzucić okiem na życie i pracę na Księżycu, sprawdź Czym jest Moon Mining ?, a to jest ważne! Studenci zastanawiają się, jak zrobić piwo na Księżycu.
Astronomy Obsada ma również kilka uroczych odcinków na ten temat. Oto odcinek 115: Księżyc, część 3: Powrót na Księżyc.
Źródła:
- NASA - Księżyc Ziemi
- NASA - Księżyc na Marsa
- NASA - Co to jest Artemis?
- Wikipedia - Kolonizacja Księżyca
- ESA - Budowa podstawy Księżyca z drukiem 3D
- PSRD - Mining the Moon, Mars i Asteroids
- PSRD - Kosmochemia i eksploracja człowieka
- NASA - Lunar Base Synthesis Study - Vol. Ja i t. II
- LPI - podstawy Księżyca i działalność kosmiczna XXI wieku
- Astronomia - Moon Village: pierwszy krok ludzkości w stronę kolonii księżycowej?
