W tym ekscytującym, ale trudnym okresie eksploracji przestrzeni kosmicznej, nadszedł czas na poważne koncepcje projektowe dla pierwszych siedlisk, które zostaną zbudowane na księżycowym krajobrazie. W poprzednich artykułach zbadaliśmy zagrożenia związane z takim przedsięwzięciem, przyjrzeliśmy się dostępnym strukturom, nawet szczegółowo opisaliśmy konkretną konstrukcję podobną do hangaru, w której mogą być wykorzystywane lokalnie wydobyte materiały. Teraz przyglądamy się możliwym elementom infrastruktury, które będą potrzebne do utrzymania żywotnej kolonii na Księżycu. Florian Ruess, inżynier budowlany, który pracuje nad przyszłością siedlisk w ekstremalnych środowiskach, również poświęcił trochę czasu czasopismu Space Magazine, aby wyrazić swoją opinię na temat przyszłości ludzkości na księżycowej ziemi…
Wyobraź sobie, że próbujesz zbudować strukturę na powierzchni Księżyca. Dwie największe przeszkody, na jakie napotkają pierwsi księżycowi osadnicy, to bardzo niska grawitacja i drobny pył powodujący różnego rodzaju problemy konstrukcyjne. Chociaż wydaje się prawdopodobne, że pierwsze siedliska zostaną zbudowane w drodze zautomatyzowanych procesów, zanim ludzkość zdąży nawet postawić stopę na Księżycu, zbudowanie infrastruktury osadniczej będzie miało zasadnicze znaczenie dla inżynierów, aby budowa była jak najbardziej wydajna.
Infrastruktura będzie jednym z najważniejszych czynników dotyczących planistów misji. Jak będą produkowane materiały budowlane? W jaki sposób materiał zostanie dostarczony pracownikom budowlanym? W jaki sposób cenna woda i żywność zostaną dostarczone do nowo powstałej kolonii księżycowej? Czy pojazdy dostawcze mogą przejść z punktu A do punktu B przy niewielkim wysiłku?
Historyczne przykłady skuteczności wydajnej infrastruktury transportowej można zaobserwować w koalescencji miast wokół rzek (tradycyjnie najszybszy sposób transportu ludzi i materiałów w całym kraju). Kanały przyczyniły się do ożywienia miast podczas rewolucji przemysłowej w Wielkiej Brytanii pod koniec XVIII wieku. Kiedy linie kolejowe łączyły Wschodnią i Zachodnią Amerykę Północną w ostatniej połowie XIX wieku, przyspieszeniu wzrostu populacji doświadczyli ludzie wysiedlający i „zagospodarowujący” nowe, dostępne tereny rolnicze. W ciągu ostatnich 50 lat „efekt autostrady południowej Kalifornii” był odpowiedzialny za rozprzestrzenianie stacji benzynowych, restauracji, sklepów, a następnie obszarów mieszkalnych dla pracowników - ostatecznie całe miasta i miasteczka opierają się na łatwości dostępu do transportu.
Przyszła załogowa kolonizacja Księżyca i Marsa najprawdopodobniej będzie oparta na podobnej zasadzie; powodzenie osadnictwa księżycowego będzie w dużej mierze zależeć od wydajności struktury transportowej.
Wydaje się prawdopodobne, że większość transportu wokół Księżyca będzie zależeć od metod kołowych, pochodzących z pojazdów naziemnych i wypróbowanych i przetestowanych „Księżycowych buggy” z misji Apollo w latach 60. i 70. Istnieją jednak pewne istotne wady. Zajmując się tym problemem, Florian Ruess, inżynier budowlany i współpracownik Haym Benaroya (którego publikacja oparta jest na tym artykule) wskazuje na pewne problemy z tym rodzajem transportu:
“Do każdej misji zawsze będzie potrzeba indywidualnego transportu, a oczywistym rozwiązaniem jest jakiś pojazd kołowy. Istnieje jednak kilka poważnych problemów z tym rozwiązaniem:
- Zmniejszona przyczepność. Grawitacja 1/6 i gleba księżycowa sprawiają, że trakcja jest problemem, podobnie jak [Łazieki Eksploracji Marsa] Duch i Szansa na Marsie można łatwo utknąć lub potrzebować dużej mocy, aby się poruszać.
- Kurz. Doświadczenie Apollo pokazuje, że w pojazdach kołowych lewituje dużo pyłu. Wdychany pył jest niebezpieczny dla maszyn i ludzi.”
- Florian Ruess (prywatna komunikacja)
Zatem podróżowanie w zmodyfikowanym „wydmowym buggy” może nie być odpowiedzią na ustaloną bazę Księżyca, gdyby korzystano z transportu kołowego, potrzebna byłaby jakaś forma infrastruktury drogowej.
Niepokojący pył na powierzchni Księżyca nie jest wcale drobnym problemem. Z doświadczeń NASA związanych z misjami Apollo wynika, że zdecydowanie największy wkład w generowanie pyłu miał start i lądowanie modułów księżycowych. 50% regolitu jest mniejsze niż drobny piasek, a około 20% jest mniejsze niż „zakurzony” 0,02 mm, który zachował pierwsze odbitki butów Neila Armstronga. To ten bardzo drobny element regolitu może powodować wiele problemów mechanicznych i zdrowotnych:
- Upośledzenie wzroku
- Nieprawidłowe odczyty przyrządu
- Powłoka przeciwpyłowa
- Utrata przyczepności
- Zatykanie mechanizmów
- Przetarcie
- Problemy z kontrolą termiczną
- Awarie uszczelnienia
- Inhalacja
Wydaje się zatem oczywiste, że tworzenie się pyłu powinno być ograniczone do absolutnego minimum, ponieważ czynnik ten może stanowić poważną przeszkodę dla infrastruktury osady.
Drogi byłyby idealną odpowiedzią na nową kolonię księżycową. Zapewniłyby one pojazdom kołowym bardzo potrzebną przyczepność (tym samym powodując efekt domina z efektywnością paliwową pojazdu) i mogłyby znacznie zmniejszyć ilość zawieszonego pyłu, szczególnie jeśli powierzchnia drogi zostanie podniesiona ponad otaczający regolit. Drogi mają jednak swoje wady. Są niezwykle kosztowne i mogą być bardzo trudne do zbudowania. Połączenie stopionego regolitu w celu utworzenia twardej powierzchni może być odpowiedzią, ale jak zauważył Ruess, „… wymaga to ogromnych energii, których sama energia słoneczna nie może zapewnić”. Zatem do wykonania takiej konstrukcji wymagana byłaby alternatywna forma energii.
Chociaż budowa dróg byłaby wysoce pożądana, może nie być możliwa, przynajmniej we wczesnych etapach rozwoju osadnictwa księżycowego. Jednym z nowatorskich rozwiązań w alternatywnym transporcie kosmicznym jest pionowy start i lądowanie, ale jak wcześniej wspomniano, start i lądowanie z rakietą wytwarza ogromne ilości pyłu. Gdyby jednak istniało wiele baz na Księżycu, może to być możliwe: „… wiele osób poleca różne rozwiązania dla tras, które będą często używane, takie jak przejście z lądowiska do osady lub z jednej osady do drugiej” Ruess dodaje.
Innym rozwiązaniem jest ustalona forma transportu. Całkowicie unikając kontaktu z powierzchnią, zmniejszając w ten sposób kurz i unikając przeszkód, księżycowa kolejka linowa może być realną możliwością. Wydaje się prawdopodobne, że taka sieć transportu koleją linową byłaby bardzo skuteczna. „Na Księżycu możliwe będą bardzo duże rozpiętości, a zatem koszty infrastruktury nie będą wygórowane”, zauważa Ruess. Ta możliwość jest poważnie rozważana przez planistów księżycowych.
Patrząc wstecz na poprzednie artykuły z tej serii, Florian Ruess komentuje, czy bazy księżycowe mogą być mobilne, i wskazuje na poważne trudności, z jakimi borykają się planiści osadnictwa, jeśli zostaną użyte materiały wydobywane lokalnie:
“Nie jestem wielkim fanem baz mobilnych. Taki system, który obejmuje wytwarzanie energii, komunikację, a zwłaszcza długoterminową ochronę przed meteoroidami i promieniowaniem, nie wydaje mi się wykonalny. Ale pojazdy kołowe mogą być konstrukcjami ciśnieniowymi zdolnymi do obsługi kilkudniowych misji naukowych. Byłoby to dobre rozwiązanie do rozszerzenia możliwości stałej bazy.
“Lokalne materiały to kluczowy, ale trudny problem. Moje dotychczasowe badania wykazały, że dopiero po ustaleniu pewnej obecności i zdobyciu doświadczenia w kwestiach księżycowych i materiałach będziemy w stanie odważyć się i zbudować siedliska z lokalnych materiałów. Na pewno nie wcześniej, zanim człowiek postawi stopę na Księżycu. I proszę zapomnij o często cytowanym księżycowym betonie! Jest tak wielu prezenterów tego wymyślonego materiału, że nawet nie chcę o nich wspominać. Jedyne wczesne lokalne zastosowanie materiału, jakie widzę, to ochrona przed meteoroidami i ochrona przed promieniowaniem z wykorzystaniem regolitu jako materiału osłonowego.”
- 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
„Budowanie bazy księżycowej” oparte jest na badaniach Haym Benaroya i Leonharda Bernolda („Inżynieria baz księżycowych“)
Plus ekskluzywny wywiad z Florianem Ruessem, inżynierem konstrukcji ekstremalnych siedlisk i założycielem Habitats for Extreme Environments - HE2
-Florian Ruess, prywatna komunikacja.
Ogromne podziękowania dla Floriana Ruessa za poświęcony czas na udział w tym artykule. Więcej informacji o jego pracy i projektach ekstremalnych siedlisk środowiskowych można znaleźć na jego stronie internetowej: HE-squared.com.
Aby uzyskać więcej informacji o przyszłości osadnictwa księżycowego, sprawdź Moon Society i zasoby współpracy, Lunarpedia.
