Wykazali praktyczną wykonalność lotu na Księżyc (choć był to bardzo kosztowny projekt), jednocześnie ostudząc zapał do stworzenia kolonii księżycowej. Wynikało to z faktu, że analiza próbek pyłu dostarczonych przez astronautów wykazała bardzo niską zawartość pierwiastków lekkich [ ], niezbędne do utrzymania podtrzymywania życia.
Mimo to, wraz z rozwojem astronautyki i spadkiem kosztów lotów kosmicznych, Księżyc wydaje się być głównym obiektem założenia bazy. Dla naukowców baza księżycowa jest wyjątkowym miejscem do prowadzenia badań naukowych z zakresu planetologii, astronomii, kosmologii, biologii kosmicznej i innych dyscyplin. Badanie skorupy Księżyca może dostarczyć odpowiedzi na najważniejsze pytania dotyczące powstawania i dalszej ewolucji Układu Słonecznego, układu Ziemia-Księżyc i pojawienia się życia. Brak atmosfery i mniejsza grawitacja umożliwiają budowę na powierzchni Księżyca obserwatoriów wyposażonych w teleskopy optyczne i radiowe, zdolnych do uzyskiwania znacznie bardziej szczegółowych i wyraźnych obrazów odległych rejonów Wszechświata niż jest to możliwe na Ziemi oraz utrzymywania i modernizacja takich teleskopów jest znacznie łatwiejsza niż obserwatoriów orbitalnych.
Księżyc kryje w sobie także różnorodne minerały, w tym metale cenne dla przemysłu – żelazo, aluminium, tytan; Ponadto w powierzchniowej warstwie gleby księżycowej zgromadził się regolit, rzadki na Ziemi izotop helu-3, który może zostać wykorzystany jako paliwo do obiecujących reaktorów termojądrowych. Obecnie opracowywane są metody przemysłowej produkcji metali, tlenu i helu-3 z regolitu; Odkryto złoża lodu wodnego.
Głęboka próżnia i dostępność taniej energii słonecznej otwierają nowe horyzonty dla elektroniki, metalurgii, obróbki metali i materiałoznawstwa. Faktycznie warunki do obróbki metali i tworzenia urządzeń mikroelektronicznych na Ziemi są mniej korzystne ze względu na dużą ilość wolnego tlenu w atmosferze, co pogarsza jakość odlewania i spawania, uniemożliwiając uzyskanie ultraczystych stopów i podłoża mikroukładów w dużych ilościach. Interesujące jest także wysyłanie na Księżyc szkodliwych i niebezpiecznych gałęzi przemysłu.
Księżyc dzięki swoim imponującym krajobrazom i egzotyce wygląda także na bardzo prawdopodobny obiekt turystyki kosmicznej, który może przyciągnąć znaczne środki na jego rozwój, pomóc w popularyzacji podróży kosmicznych i zapewnić napływ ludzi do eksploracji powierzchni Księżyca . Turystyka kosmiczna będzie wymagała określonych rozwiązań infrastrukturalnych. Rozwój infrastruktury ułatwi z kolei szerszą penetrację Księżyca przez człowieka.
Istnieją plany wykorzystania baz księżycowych do celów wojskowych, aby kontrolować przestrzeń blisko Ziemi i zapewnić dominację w kosmosie.
Hel-3 w planach eksploracji Księżyca
Utworzenie stacji to nie tylko kwestia nauki i prestiżu państwa, ale także korzyści komercyjnej. Hel-3 to rzadki izotop, kosztujący około 1200 dolarów za litr gazu, niezbędny w energetyce jądrowej do zainicjowania reakcji termojądrowej. Na Księżycu jego ilość szacuje się na tysiące ton (według minimalnych szacunków - 500 tysięcy ton). Gęstość ciekłego helu-3 w temperaturze wrzenia i pod normalnym ciśnieniem wynosi 59 g/l, a w postaci gazowej jest około 1000 razy mniejsza, dlatego 1 kilogram kosztuje ponad 20 milionów dolarów, a cały hel kosztuje ponad 10 biliardów dolarów (około 500 obecnego PKB USA).
Przy stosowaniu helu-3 nie powstają długożyciowe odpady radioaktywne, dlatego też problem ich utylizacji, tak dotkliwy podczas eksploatacji ciężkich reaktorów rozszczepienia jądrowego, sam znika.
Jednak plany te są również poważnie krytykowane. Faktem jest, że aby zapalić reakcję termojądrową deuter + hel-3, konieczne jest podgrzanie izotopów do temperatury miliarda stopni i rozwiązanie problemu zamknięcia plazmy nagrzanej do takiej temperatury. Obecny poziom technologii pozwala na zatrzymanie w reakcji deuter + tryt plazmy nagrzanej zaledwie do kilkuset milionów stopni, podczas gdy prawie cała energia uzyskana podczas reakcji termojądrowej jest zużywana na zamknięcie plazmy (patrz ITER). Dlatego wielu czołowych naukowców, na przykład akademik Roald Sagdeev, który skrytykował plany Sewastjanowa, uważa reaktory na hel-3 za kwestię odległej przyszłości. Bardziej realistyczny z ich punktu widzenia jest rozwój tlenu na Księżycu, metalurgia, tworzenie i wystrzeliwanie statków kosmicznych, w tym satelitów, stacji międzyplanetarnych i załogowych statków kosmicznych.
Woda
Elektrownie księżycowe
Według NASA kluczowe technologie mają poziom gotowości technologicznej 7/10. Rozważana jest możliwość wyprodukowania dużej ilości energii elektrycznej równej 1 W. W której szacuje się koszt kompleksu księżycowego około 200 bilionów dolarów. W tym samym czasie koszt produkcji porównywalny wolumen energii elektrycznej z naziemnych elektrowni słonecznych – 8000 bilionów dolarów, naziemnych reaktorów termojądrowych – 3300 bilionów dolarów, naziemnych elektrowni węglowych – 1500 bilionów dolarów.
Praktyczne kroki
Bazy księżycowe w pierwszym „wyścigu księżycowym”
| Obrazy zewnętrzne | |
|---|---|
| Projekty baz księżycowych | |
| Szkic procesu budowy bazy księżycowej według projektu opracowanego przez inżynierów General Electric | |
W Stanach Zjednoczonych opracowywane były wstępne projekty księżycowych baz wojskowych Lunex Project i Project Horizon, były też propozycje techniczne księżycowej bazy Wernhera von Brauna.
W pierwszej połowie lat 70. pod ręką Akademik V.P. Barmin, naukowcy z Moskwy i Leningradu opracowali projekt długoterminowej bazy księżycowej, w którym w szczególności badali możliwość nasypania zamieszkałych konstrukcji za pomocą ukierunkowanej eksplozji w celu ochrony przed promieniowaniem kosmicznym (wynalazki A.I. Melua przy użyciu Alfreda Nobla technologie). Bardziej szczegółowo, uwzględniając modele pojazdów ekspedycyjnych i modułów załogowych, opracowano projekt dla bazy księżycowej ZSRR „Zvezda”, który miał być realizowany w latach 70. i 80. XX wieku. jako rozwinięcie radzieckiego programu księżycowego, który został ograniczony po przegranej przez ZSRR „wyścigu księżycowym” z USA.
Księżycowa oaza
W październiku 1989 roku na 40. Kongresie Międzynarodowej Federacji Aeronautycznej pracownicy NASA Michael Duke, szef Wydziału Badań nad Układem Słonecznym w Johnson Space Center w Houston, i John Niehoff z Science Applications International Corporation (SAIC) zaprezentowali projekt księżycowego stacja Księżycowa Oaza. Do chwili obecnej projekt ten uznawany jest za bardzo rozbudowany i ciekawy pod względem szeregu podstawowych rozwiązań, zarówno oryginalnych, jak i realistycznych. Dziesięcioletni projekt Lunar Oasis składał się z trzech etapów i obejmował łącznie 30 lotów, z których połowa była obsadzona załogą (po 14 ton ładunku każdy); bezzałogowe starty oszacowano na 20 ton ładunku każdy.
Autorzy szacują, że koszt projektu będzie równy czterem programom Apollo, czyli około 550 miliardów dolarów według cen z 2011 roku. Biorąc pod uwagę, że czas realizacji programu miał być bardzo znaczny (10 lat), roczny koszt jego realizacji wyniósłby ok. 50 miliardów dolarów.Dla porównania możemy wskazać, że w 2011 roku koszty utrzymania wojsk amerykańskich w Afganistanie sięgnęły 6,7 dolarów miliardów dolarów miesięcznie, czyli 80 miliardów dolarów rocznie.
Bazy księżycowe w „Wyścigu Księżyca” XXI wieku
Do 2050 roku planowana jest budowa bazy mieszkalnej i poligonu.
Projekt europejski
Problemy
Długoterminowa obecność człowieka na Księżycu będzie wymagała rozwiązania szeregu problemów. Zatem ziemska atmosfera i pole magnetyczne zatrzymują większość promieniowania słonecznego. Wiele mikrometeorytów również spala się w atmosferze. Na Księżycu bez rozwiązania problemów związanych z promieniowaniem i meteorytami nie da się stworzyć warunków do normalnej kolonizacji. Podczas rozbłysków słonecznych powstaje strumień protonów i innych cząstek, który może stanowić zagrożenie dla astronautów. Cząsteczki te nie są jednak zbyt penetrujące i ochrona przed nimi jest problemem do rozwiązania. Ponadto cząstki te mają małą prędkość, co oznacza, że mają czas na ukrycie się w schronach przeciwradiacyjnych. Znacznie większym problemem jest twarde promieniowanie rentgenowskie. Obliczenia wykazały, że po 100 godzinach na powierzchni Księżyca istnieje 10% szans, że astronauta otrzyma dawkę niebezpieczną dla zdrowia ( 0,1 Szary). W przypadku rozbłysku słonecznego niebezpieczna dawka może zostać otrzymana w ciągu kilku minut.
Oddzielny problem stanowi pył księżycowy. Pył księżycowy składa się z ostrych cząstek (ponieważ nie ma efektu wygładzającego erozji), a także ma ładunek elektrostatyczny. W rezultacie pył księżycowy przenika wszędzie i działając ściernie, skraca żywotność mechanizmów (a jeśli przedostanie się do płuc, staje się śmiertelnym zagrożeniem dla zdrowia ludzkiego i może powodować raka płuc).
Komercjalizacja również nie jest oczywista. Nie ma jeszcze potrzeby stosowania dużych ilości helu-3. Nauka nie była jeszcze w stanie uzyskać kontroli nad reakcją termojądrową. Najbardziej obiecującym projektem w tym zakresie w tej chwili (koniec 2018 r.) jest wielkoskalowy międzynarodowy reaktor eksperymentalny ITER, którego ukończenie ma nastąpić do 2025 r. Potem nastąpi około 20 lat eksperymentów. Według najbardziej optymistycznych prognoz przemysłowe wykorzystanie syntezy termojądrowej spodziewane jest nie wcześniej niż w 2050 roku. W związku z tym do tego czasu ekstrakcja helu-3 nie będzie przedmiotem zainteresowania przemysłu. Turystyki kosmicznej nie można również nazwać siłą napędową eksploracji Księżyca, ponieważ inwestycji wymaganych na tym etapie nie można w rozsądnym czasie zwrócić w drodze turystyki, jak pokazują doświadczenia turystyki kosmicznej na ISS, z której dochody nie nie pokryje nawet niewielkiej części kosztów utrzymania stacji. [ ]
Taki stan rzeczy skłania do propozycji (por. Robert Zubrin „Przypadek Marsa”), aby eksplorację kosmosu rozpocząć natychmiast od Marsa.
Filmografia
Zobacz też
Notatki
- Arthura Clarke’a. Rzuć na Księżyc
- Łysenko MP, Catterfeld G.N., Melua A.I. O strefowości gleb na Księżycu // Izv. Wszystko.Geogr. O-va. - 1981. - T. 113. - s. 438-441.
- Akademik B. E. Chertok „Kosmonautyka w XXI wieku” (nieokreślony) (niedostępny link). Pobrano 22 lutego 2009 r. Zarchiwizowano 25 lutego 2009 r.
- Bieguny księżycowe mogłyby stać się obserwatoriami: naukowiec (nieokreślony) . RIA Nowosti (1 lutego 2012). Pobrano 2 lutego 2012 r. Zarchiwizowano 31 maja 2012 r.
- Do 2015 roku Rosja utworzy stację na Księżycu, Kommersant.ru, 25.01.2006.
- Christina Reed (Świat Odkryć). Skutki kryzysu helu-3 (nieokreślony) (19 lutego 2011). Zarchiwizowane od oryginału w dniu 9 lutego 2012 r.
- Wiadomości 3D. Kolonizacja Układu Słonecznego zostaje anulowana (nieokreślony) (4 marca 2007). Źródło 26 maja 2007.
- Przyniesiony przez wiatr słoneczny (nieokreślony) . Ekspert (19 listopada 2007). Zarchiwizowane od oryginału w dniu 9 lutego 2012 r.
- Popularna mechanika. Sensacja księżycowa. (nieokreślony) . PopMech (25 września 2009).
Kolonizacja kosmosu to koncepcja osadnictwa ludzkiego, humanizacji przestrzeni i stałego osadnictwa ludzkiego poza Ziemią. Obecnie jedyną konsolidującą ideą na świecie jest kolonizacja kosmosu, choć istnieją inne priorytety i programy z dwutysięczną historią, jak choćby olimpiady sportowe.
Zazwyczaj kolonizacja kosmosu jest postrzegana jako długoterminowy cel każdego krajowego programu kosmicznego.
Pierwsza kolonia może pojawić się na Księżycu, później na Marsie, potem w całej przestrzeni Układu Słonecznego, później w Pasie Kuipera i w Obłoku Oorta. Te ostatnie znajdują się poza orbitą Urana i zawierają biliony komet i asteroid. Mogą zawierać wszystkie składniki niezbędne do podtrzymania życia (lód wodny, związki organiczne i materiały do budowy stacji kosmicznych) oraz dużą ilość helu-3, który uważany jest za obiecujące paliwo do kontrolowanych reakcji termojądrowych. Zakłada się, że osiedlając się w takich obłokach komet, ludzkość będzie mogła dotrzeć do innych układów gwiezdnych bez pomocy statków kosmicznych podświetlnych.
Poniżej znajduje się tabela szacunkowych ram czasowych kolonizacji kosmosu na przestrzeni 100 lat.
Tabela Plany kolonizacji kosmosu na 100 lat
| Rok | Kraj, projekt | Ocechy |
| 2011 | Chiny. Wystrzelenie statku kosmicznego Inho 1 na Marsa. Rosja. Wystrzelenie Phobosa-Grunta na Marsa. | Chiny rozpoczynają budowę czwartego portu kosmicznego i we współpracy z Chinami opracowują ciężki pojazd nośny Ukraina. Rosja niezależnie kontynuuje budowę drugiego kosmodromu Wostocznyj i rozwój rakiety nośnej Rus-M. |
| 2011-2012 | USA. Wystrzelenie sondy Juno do Jowisza | Prywatna amerykańska firma opracowuje we współpracy z firmą „Falcon Heavy” (ładowność ~53 ton). Ukraina i Rosja. |
| 2013-2014 | Chiny. Uruchomienie modułu Chang'e 3, który powinien dostarczyć pierwszy w historii chiński łazik księżycowy. Indie – Rosja. Misja Chandrayaan-2, indyjska rakieta nośna typu GSLV, dostarczy na Księżyc moduł orbitalny, a na powierzchnię Księżyca zejdzie rosyjskie lądowisko opracowane przez NPO Ławoczkin za pomocą małego indyjskiego łazika księżycowego. | Planowanym miejscem lądowania Chang'e 3 jest Rainbow Bay. |
| 2014-2015 | Konkurs Google Lunar X-Nagroda. Lot prywatnych modułów kosmicznych na Księżyc i dostawa łazików księżycowych. | Wcześniej przewidywano, że konkurs odbędzie się w grudniu 2012 roku. Obecnie przesunięty na koniec 2015 roku. W konkursie bierze udział 27 grup z różnych krajów. Waga modułów księżycowych wynosi od 5 do 100 kg. Koszt projektów waha się od 10 do 100 milionów dolarów. Wystrzeliwanie modułów księżycowych prowadzą krajowe agencje kosmiczne, na przykład pojazd nośny Dniepr lub Zenit. Ukraina Rosja. |
| 2015-2016 | USA. Wystrzelenie statku kosmicznego w trybie „awatara” z lądowaniem w celu wykrycia atmosfery pyłowej na Księżycu i przećwiczenia bezpieczeństwa radiologicznego. | Avatar to robot przypominający człowieka, sterowany z Ziemi za pomocą zaawansowanych technologicznie kombinezonów teleobecności. Ten sam garnitur może „założyć” po kolei kilku specjalistów z różnych dziedzin nauki. Na przykład badając cechy powierzchni Księżyca, geolog może kontrolować „awatara”. Następnie, jeśli zajdzie taka potrzeba, fizyk może założyć kombinezon teleobecności. |
| 2016-2018 | Chiny. Bezzałogowy pojazd The Change” 4 będzie musiał polecieć na Księżyc, zebrać ziemię i dostarczyć ją na Ziemię. | |
| 2016-2019,
przedział minimalnej aktywności słonecznej i zagrożenia radiacyjnego | Rosja, USA. Opracowanie planu dwóch i czterech startów lotu człowieka na Księżyc z pominięciem pasów radiacyjnych przechodzących przez bieguny geomagnetyczne Ziemi. | Obwód z dwoma rozruchami. Rakieta nośna Sojuz wystrzeliwuje statek klasy Sojuz. Następnie górny stopień DM zostaje wystrzelony na niską orbitę okołoziemską za pomocą rakiety nośnej Proton. Zainstalowano na nim przedział serwisowy Sojuza (z pasywną jednostką dokującą), który służy załodze jako dodatkowy przedział ciśnieniowy. Po dokowaniu statku kosmicznego do RB zostaje wygenerowany impuls przyspieszający i Sojuz wykonuje przelot obok Księżyca. Cztery obwód rozruchowy. Najpierw dwa RB „DM” są wystrzeliwane na orbitę referencyjną w pobliżu Ziemi i są ze sobą zadokowane. Następnie za pomocą pojazdu nośnego Sojuz pojazd nośny Fregat zostaje wystrzelony na niską orbitę okołoziemską, a kolejne wystrzelenie pojazdu nośnego Sojuz powoduje wystrzelenie statku kosmicznego Sojuz. Trwa montaż kompleksu księżycowego, składającego się z dwóch DM RB, Fregat RB i statku kosmicznego Sojuz. Za pomocą pierwszego bloku „DM” następuje przyspieszenie na Księżyc. Drugi „DM” zapewnia hamowanie i przejście statku kosmicznego na prawie kołową orbitę odniesienia w pobliżu Księżyca. „Fregata” jest niezbędna do wystrzelenia z orbity referencyjnej Księżyca na Ziemię. Koszt projektu to 200-700 milionów dolarów. W 2017 roku stare rakiety nośne zostaną zastąpione nowymi: Rosja - „Angara” (nośność ~35 ton) i „Rus M” (nośność 53 ton); USA - „Falcon Heavy” (nośność ~53 ton).
|
| 2018-2019 | Rosja, USA, Chiny, UE, Indie, Brazylia, Ukraina. Układanie stacji tankowania i przekaźników w punktach Lagrange'a Ziemia-Księżyc. | W punktach Lagrange'a (LP) nie działają żadne inne siły poza siłami grawitacyjnymi z Ziemi i Księżyca. Stacja kosmiczna może pozostać nieruchoma względem tych ciał tak długo, jak to konieczne. Punkty Lagrange’a Ziemia-Księżyc to idealne miejsce do budowy załogowych orbitalnych stacji kosmicznych, które zlokalizowane 1) w połowie drogi między Ziemią a Księżycem umożliwiłyby łatwy dostęp do Księżyca przy minimalnym zużyciu paliwa, 2) stały się kluczowym węzłem w przepływie ładunków pomiędzy Ziemi i naszego satelity, 3) służyć jako baza ratunkowa w przypadku wypadków na trasach Ziemia-Księżyc i Księżyc-Ziemia, 4) dogodna do umieszczenia stacji przekaźnikowej, która będzie wymagała nadajników dziesięciokrotnie słabszych, 5) przy Punkt Lagrange'a po niewidocznej stronie Księżyca, sygnał jest przekazywany z niewidzialnej strony na Ziemię oraz do stacji orbitalnych, baz księżycowych. |
| 2020-2022 | Rozwiązanie problemu bezpieczeństwa radiacyjnego. Lot człowieka wokół Księżyca, lądowanie i powrót na Ziemię | Psychofizyczne przygotowanie kolonizatora kosmosu lub 2. Negatywne zjawiska psychofizyczne i zjawiska w przestrzeni
|
| 2020-2025 | Lądowanie człowieka na Księżycu i założenie pierwszej bazy księżycowej; zakładanie pierwszych szklarni | Zalety eksploracji Księżyca:
|
| 2025-2030 | Rosja, USA, Chiny, UE, Ukraina, Indie, Brazylia. Stała osada księżycowa; szklarnie podtrzymujące życie; rozwój materiałów ziem rzadkich, metali z grupy platynowców itp. w celu dostarczenia na Ziemię | Efekt ekonomiczny i korzyść. Stężenie metali z grupy platynowców (ruten, rod, pallad, osm, iryd, platyna) jest 50-1000 razy wyższe niż na Ziemi. W związku z tym koszt wydobycia metali szlachetnych na Księżycu jest setki i tysiące razy niższy niż na Ziemi. Średni koszt 1 kg metali z grupy platynowców wynosi 200 tys. dolarów/kg. Koszt dostawy ładunku wynosi 10-40 tys. USD/kg. W rezultacie dostawa 500 kg metali z grupy platynowców z Księżyca przynosi zysk ekonomiczny na poziomie około 0,5 miliarda dolarów. Ponadto planowana jest produkcja towarów o dużej wartości, takich jak półprzewodniki, nadprzewodniki i farmaceutyki. W najbliższej przyszłości dodatkowymi materiałami dostarczanymi na Ziemię będą najdroższe materiały: hel-3 (1,5 mln dolarów/kg) i kaliforn (6,5 mln/g). |
| 2030-2035 | Dostawa materiałów ziem rzadkich i metali z grupy platynowców z Księżyca. Opracowanie „bezneuronowych” kompaktowych knotów termojądrowych do dostarczania na Ziemię i silników rakietowych (TYARD-GE). | Wdrożenie kolonii progu rentowności na Księżycu. Powstanie Republiki Księżycowej jako nowego superpotęgi. |
| 2035-2045 | Opracowanie projektu ludzkiej kolonizacji Marsa. Wykorzystanie statku kosmicznego z TYARD-GE (lot na Marsa zajmie 10-30 dni). | Wystrzelenie satelity przekaźnikowego do obsługi komunikacji radiowej Mars-Ziemia. Na Marsie znajdują się duże zasoby wody, występuje także węgiel. Mars przeszedł te same procesy geologiczne i hydrologiczne co Ziemia i może zawierać złoża rud mineralnych. Istniejący sprzęt jest wystarczający, aby pozyskać zasoby niezbędne do życia (wodę, tlen itp.) z marsjańskiej gleby i atmosfery. Trudności: Atmosfera Marsa jest dość rzadka (tylko 800 Pa, czyli około 0,8% ciśnienia ziemskiego na poziomie morza), a klimat jest chłodniejszy. Grawitacja na Marsie stanowi około jednej trzeciej grawitacji na Ziemi. Rozwiązanie problemu: 1) Druga prędkość kosmiczna - 5 km/s - jest dość wysoka, chociaż jest o połowę mniejsza niż ziemska, co zwiększa koszty międzyplanetarnego przepływu towarów i utrudnia kolonii osiągnięcie progu rentowności poprzez eksport materiałów. 2) Czynnik psychologiczny, gdy czas trwania lotu na Marsa i dalsze życie ludzi w zamkniętej, niezabudowanej przestrzeni mogą stać się poważnymi przeszkodami w rozwoju planety. |
| 2045-2070 | Realizacja projektu ludzkiej kolonizacji Marsa. Osady. Szlaki transportowe Mars-Księżyc. | Diamentowa gorączka od kilku stuleci. Wydobywanie na przestrzeni dziejów w Układzie Słonecznym dużych, cennych minerałów i produkcja diamentów o wadze 1000 i więcej karatów, których wartość po stuleciach wzrośnie i wyniesie miliardy, a nawet kilkadziesiąt miliardów dolarów. Omówienie możliwości terraformowania Marsa w celu przystosowania całości lub części powierzchni do życia. |
| 2070-2080 | Kolonizacja Wenus. Wykorzystanie statku kosmicznego z TYARD-GE (lot potrwa 7-15 dni). Szlaki transportowe Wenus-Księżyc. | Pływające miasta. Wenus ma pewne podobieństwa z Ziemią, planeta jest bliżej niż Mars, na wysokości około 50 kilometrów ciśnienie i temperatura mają typowy dla Ziemi zakres (1 bar i 0-50 stopni Celsjusza). Dlatego planowane jest stworzenie balonów do zamieszkania przez ludzi. Planowana jest ekstrakcja azotu-15 dla TYARD-GE. Eksport renu, platyny, srebra, złota i uranu na Ziemię ma dobre perspektywy. Dla kolonizacji ważne jest rozwiązanie problemu niskiej zawartości wody (0,02%) i tlenu (0,1%) w atmosferze Wenus, konieczna jest także ochrona przed kwasem siarkowym i dwutlenkiem węgla w wysokich stężeniach. |
| 2080-2090 | Kolonizacja Merkurego. Wykorzystanie statku kosmicznego z TYARD-GE (lot potrwa 7-15 dni). Szlaki transportowe Merkury-Księżyc. | Merkurego można skolonizować przy użyciu tej samej technologii i sprzętu, co przy kolonizacji Księżyca. Takie kolonie można by znaleźć w regionach polarnych ze względu na niezwykle wysokie temperatury w innych częściach planety. Niedawne odkrycie wody zjonizowanej zadziwiło naukowców. Odkrycie to poprawia perspektywy dla przyszłej kolonii. Planowane jest wydobywanie głównie helu-3, litu-6, litu-7, boru-11 i kalifornu, a także metali szlachetnych. Dla kolonizacji ważne jest rozwiązanie problemu wysokich temperatur i ochrony przed rozbłyskami słonecznymi podczas komunikacji transportowej z Ziemią. |
| 2090-2110 | Kolonizacja Jowisza i satelitów. Lot statkiem ze zmodernizowanym TYARD-GE zajmie 150-250 dni. | Callisto może stać się pierwszym skolonizowanym księżycem Jowisza. Jest to możliwe dzięki temu, że Kallisto znajduje się poza zasięgiem potężnego pasa radiacyjnego Jowisza. Satelita ten stanie się ośrodkiem dalszej kolonizacji okolic Jowisza, w szczególności Europy, Ganimedesa, Io i tworzenia pływających miast w atmosferze Jowisza. Ze względu na związek Jowisza z aktywnością Słońca można założyć, że badania będą miały na celu kontrolowanie procesów aktywności Słońca dla bezpieczeństwa komunikacji transportowej pomiędzy koloniami Układu Słonecznego. Na Jowiszu deuter i hel-3 będą wydobywane w szczególnie dużych ilościach, co doprowadzi do spadku cen paliwa termojądrowego i szybkiego rozwoju Układu Słonecznego aż do Pasa Kuipera. |
Kolonizacja kosmosu: opinia sceptyków i zwolenników
Przeciwnicy rozwoju stałych kolonii w przestrzeni kosmicznej często powołują się na bardzo wysoką inwestycję początkową i brak zwrotu z tej inwestycji.
Tak naprawdę z różnych powodów mocno zawyżamy koszty powierzchni.
Pierwszy powód. Inwestycja początkowa rozłożona na 10 lat ma wysoki zwrot. Weź udziały w private equity i giełdzie. SpaceX to prywatna firma założona przez współzałożyciela PayPal, Elona Muska, w 2002 roku. Zainwestowano 120 milionów dolarów. W 2006 roku firma otrzymała kontrakt NSPNK w wysokości 100 milionów dolarów za każdy start rakiet Falcon-1 i Falcon-9, czyli ponad 1 miliard dolarów do 2012 roku. W 2008 roku wygrała konkurs NASA o wartości 278 milionów dolarów na opracowanie pojazdu startowego Falcon-9. W 2008 r. SpaceX zdobyła kontrakt CRS o wartości 1,6 miliarda dolarów na 12 misji mających na celu dostarczenie astronautów i ładunku do ISS. W 2010 r. SpaceX otrzymała największy komercyjny kontrakt na wyniesienie w przestrzeń kosmiczną (492 miliony dolarów) na wystrzelenie satelitów Iridium.
W ciągu ośmiu lat akcje SpaceX wzrosły około trzydziestokrotnie. Każdy właściciel udziałów w tej spółce podwyższał swój kapitał aż 30-krotnie! Oczywiście wraz z wystrzeleniem w latach 2015-2017 Falcona Heavy (nośność ~53 ton), przy kilkukrotnie niższych kosztach wyniesienia ładunku na orbitę i możliwości dostarczenia ładunku na Księżyc, kapitał SpaceX wzrośnie wielokrotnie. Zatem początkowa inwestycja rozłożona na 10 lat przynosi dziesięciokrotnie większy zwrot.
Drugi powód. Rozwiązaniem są niekompetentni ludzie i finansowanie ślepych zaułków programów kosmicznych, co prowadzi do ogromnych strat. MAX to dwuetapowy kompleks składający się z samolotu transportowego (An-225 Mriya - planowano opracować nowy samolot lotniskowcowy An-325), na którym zainstalowany jest samolot orbitalny. Rozwój prowadzony jest od początku lat 80. XX wieku pod przewodnictwem G. E. Lozino-Lozinsky'ego w NPO Molniya. Założono, że skoro MAX jest znacznie tańszy od rakiet ze względu na wielokrotne użycie samolotu lotniskowca (nawet 100 razy), koszt wyniesienia ładunku na niską orbitę okołoziemską wyniesie około 1 tys. USD/kg. Obecnie na projekt wydano już około 14 bilionów dolarów.
Projekt okazał się ślepą uliczką (zastąpił go inny projekt „Bajkał” oparty na akceleratorze wielokrotnego użytku pierwszego stopnia rakiety nośnej Angara).
Dla porównania roczny budżet NASA wynosi 18,7 miliarda dolarów, Roscosmos - 2,9 miliarda dolarów.
Trzeci powód. Ogromne koszty prowadzenia operacji wojskowych, a finanse można przeznaczyć na pokojową eksplorację kosmosu. Przykłady:
- We wrześniu 2008 roku Kongres USA przeznaczył na wojnę z Irakiem 825 miliardów dolarów, podczas gdy średni roczny budżet NASA wynosił zaledwie 16 miliardów dolarów. Innymi słowy, na poziomie finansowania NASA, pieniądze wydane na wojnę z Irakiem wystarczą na około 51 lat pracy nad eksploracją kosmosu.
- W ciągu zaledwie tygodnia konfliktu zbrojnego na Kaukazie w sierpniu 2008 roku w Osetii Południowej rosyjskie rezerwy złota i walutowe „zmniejszyły się” o 16,4 miliarda dolarów. Jeszcze większe straty poniosła rosyjska giełda. Przed wydarzeniami w Osetii Południowej kapitalizacja rosyjskiej giełdy wynosiła blisko 1,1 biliona. dolarów, a tydzień później już poniżej 1 biliona dolarów. dolarów Ogólnie jest to strata na poziomie 50-100 miliardów dolarów, czyli Budżet Roskosmosu na 30-70 lat.
- Budżet wojskowy USA na rok budżetowy 2012 wyniesie 670,6 miliardów dolarów, z czego 117,6 miliardów dolarów zostanie wydane na zagraniczne operacje wojskowe w Afganistanie i Iraku. Ten sześć rocznych budżetów NASA!
- Marzec-kwiecień 2011. Działania wojskowe NATO (USA, Wielka Brytania, Francja, Kanada, Belgia, Włochy) w Libii. Dzienny koszt w samych Stanach Zjednoczonych wynosi 4 miliony dolarów. W ciągu kilku kwietniowych dni wystrzelono 192 rakiety manewrujące Tomahawk (każdy o wartości od 1 miliona do 1,5 miliona dolarów, wyprodukowany przez General Dynamics, prezesa i dyrektora generalnego Nicolasa Chabraię). Wydane środki wystarczą na opracowanie planu dwóch i czterech startów lotu człowieka na Księżyc z pominięciem pasów radiacyjnych przez bieguny geomagnetyczne Ziemi, w oparciu o istniejące rakiety nośne Sojuz i Proton (patrz wyżej).
Wykorzystana literatura i zapytania:
- „Seks w kosmosie niesie ze sobą komplikacje”.
- „Znane skutki długotrwałych lotów kosmicznych na organizm ludzki”.
- „Życie Konstantego Eduardowicza Ciołkowskiego”.
- „Budować obserwatoria astronomiczne na Księżycu?”
- Salisbury, FB (1991). „Rolnictwo księżycowe: osiąganie maksymalnych plonów w eksploracji kosmosu”/ HortScience: publikacja Amerykańskiego Towarzystwa Nauk Ogrodniczych 26 (7): 827–33.
- Massimino D, Andre M (1999). „Wzrost pszenicy poniżej jednej dziesiątej ciśnienia atmosferycznego”. Adv Space Res 24 (3): 293–6.
- Terskov, IA; Lisovskiĭ, G.M.; Ushakova, SA; Parshina, OV; Moiseenko, L.P. (maj 1978). „Możliwość wykorzystania roślin wyższych w systemie podtrzymywania życia na Księżycu”. Kosmicheskaia biologiia i aviakosmicheskaia meditsina 12 (3): 63–6.
- Rolnictwo księżycowe
- „Rolnictwo w kosmosie”. quest.nasa.gov.
- Ładunek statku kosmicznego / Pojazdy nośne „Proton”, „Sojuz”, „Dniepr”, „Atlas”.
- Rekordy Guinnessa w dziedzinie chemikaliów
- Kosmonautyka XXI wieku: silniki termojądrowe / New Scientist Space (23.01.2003): Fuzja jądrowa może napędzać statki kosmiczne NASA.
- Kalifornia / pl.wikipedia.org/wiki/Californium.
- Landis, Geoffrey A. (2-6 lutego 2003). „Kolonizacja Wenus”. Konferencja na temat eksploracji przestrzeni kosmicznej przez człowieka, Międzynarodowe Forum Technologii i Zastosowań Kosmicznych, Albuquerque NM.
- Firma SpaceX / ru.wikipedia.org/wiki/SpaceX
- Falcon Heavy / pl.wikipedia.org/wiki/Falcon_Heavy
- MAX / ru.wikipedia.org/wiki/Multicel_aviation_space_system
- General Dynamics Corporation / en.wikipedia.org/wiki/General_Dynamics
Od budowy elektrowni i wydobywania zasobów Księżyca po turystykę kosmiczną i problem przeludnienia.
Do zakładek
Pół wieku temu wydawało się, że już niedaleko dzień, w którym ludzie polecą na Księżyc, jakby wybierali się do wiejskiego domu. Dziś nie można polecieć na Księżyc, nawet jeśli bardzo się tego chce: nie ma odpowiednich rakiet. Technologia poszła do przodu, ale załogowa eksploracja kosmosu nie.
Rosyjski astronom Władimir Surdin zauważył kiedyś: od zdobycia bieguna południowego do założenia tam pierwszej bazy minęło 45 lat, a człowiek powrócił do rowu Mariana dopiero 52 lata po pierwszym nurkowaniu.
Ostatnia amerykańska wyprawa na Księżyc w ramach programu Apollo odbyła się w 1972 roku, czyli 45 lat temu. Jeśli wierzyć przedstawionej analogii, według której od odkrycia trudno dostępnego punktu do możliwości jego pełnego zbadania upływa około 50 lat, to w najbliższej przyszłości powinniśmy spodziewać się nowych lotów na Księżyc.
Co więcej, tym razem ludzkość musi dokładniej zdobyć przyczółek na Księżycu, ponieważ kolonia księżycowa może mieć zarówno cel pragmatyczny, jak i komponent komercyjny. Rządy postrzegają Księżyc jako źródło zasobów, biznesmenów jako kurort dla miliarderów, naukowców jako kosmiczne laboratorium, a romantyków jako pierwszy przystanek na drodze ludzkiego osadnictwa w kosmosie.
Kto bierze udział w nowym wyścigu księżycowym?
Model stacji międzyplanetarnej „Luna-24”
W sierpniu 1976 roku radziecka sonda kosmiczna Luna-24 wylądowała na powierzchni Księżyca w obszarze Morza Kryzysowego. Wywiercił dwumetrowy otwór, pobrał próbkę księżycowej gleby i dostarczył ją na Ziemię. Lot ten okazał się ostatnią misją na Księżyc w XX wieku – kolejne lądowanie na powierzchni ziemskiego satelity miało miejsce dopiero 37 lat później, w 2013 roku.
Przeprowadził go chiński aparat Chang'e-3, dostarczając tam mały łazik księżycowy. Misja była częścią większego chińskiego programu księżycowego, którego kolejną ważną fazę zaplanowano na koniec 2017 i początek 2018 roku. Tym razem Chińczycy planują sprowadzić na Ziemię własne próbki gleby z niewidocznej strony Księżyca, gdzie nigdy nie wylądował żaden pojazd.
Chiński lądownik Chang'e-3
Na początek 2018 roku planowane jest także wystrzelenie indyjskiej stacji księżycowej Chandrayaan-2, której zadaniem będzie wylądowanie na Księżycu i wystrzelenie łazika księżycowego. Ani Indie, ani Chiny nie ogłosiły jeszcze konkretnych planów załogowego lotu na Księżyc w dającej się przewidzieć przyszłości. Ale Japonia tego dokonała, oficjalnie stawiając sobie za cel, we współpracy z NASA, wysłanie człowieka na Księżyc do 2030 roku.
Sama amerykańska agencja porzuciła plany wcześniejszego powrotu na Księżyc już w 2011 roku. Projektem o najwyższym priorytecie dla Stanów Zjednoczonych jest załogowy lot na Marsa. W tym przypadku Księżyc może stać się swego rodzaju punktem tranzytowym – wokół niego można umieścić stację na orbicie, skąd wystartuje statek międzyplanetarny.
Na tle takich globalnych działań Rosja także wróciła do zadania podboju ziemskiego satelity. Do 2017 r. rosyjski program księżycowy otrzymał już znaczne fundusze od państwa, następnie je częściowo utracił z powodu kryzysu i skupiono się na nim w późniejszym terminie. Główne plany rosyjskiego programu dotyczą wysłania automatycznych stacji na Księżyc i dostarczenia próbek gleby księżycowej na Ziemię w latach 2019–2024.
Dobrze zapomniany stary
Wyprawa na Księżyc wymaga trzech głównych elementów:
- Ciężka rakieta zdolna do wysłania ładunku na Księżyc.
- Statek kosmiczny do podróży międzyplanetarnych.
- Zejście modułu księżycowego.
ZSRR nigdy nie rozwiązał problemu wysłania człowieka na Księżyc z powodu nieudanych testów ciężkiej rakiety N-1. Moduł księżycowy i statek kosmiczny zostały pomyślnie przetestowane. Statek nazwano Sojuz i nadal służy do dostarczania ludzi na ISS.
Statek kosmiczny Sojuz
Często zadawane pytanie brzmi: „Dlaczego nie możemy przerobić czegoś, co zostało już wykorzystane do lotu na Księżyc?” Odpowiedź: można, ale nie ma to sensu. Wyobraź sobie, że musisz zrobić samochód. Jest mało prawdopodobne, że będziesz szukać rysunków modelu pięćdziesiąt lat temu - jego stworzenie będzie kosztować więcej, a wynik będzie wątpliwy. Z tego samego powodu w 2017 roku nie ma sensu odtwarzać rakiety i statku z lat 60. – technologia poszła daleko do przodu i już dziś można osiągnąć lepsze wyniki.
Nowy rosyjski program księżycowy początkowo opierał się na projekcie ciężkiej rakiety Angara-A5. Rozwój linii rakiet Angara wykorzystujących paliwo przyjazne dla środowiska (w porównaniu do toksycznego heptylu, na którym latają protony) trwa od początku lat 90-tych i przez cały ten czas Angara-A5 była testowana tylko raz – w 2014 roku. W rezultacie, ze względu na wysoki koszt rakiety, zdecydowano się porzucić jej eksploatację.
Uruchom pojazd „Angara-A5”
Uwaga rosyjskich inżynierów zwróciła się w stronę radzieckiej rakiety Zenit, którą Elon Musk, założyciel prywatnej firmy kosmicznej SpaceX, nazwał kiedyś „najlepszą na świecie, z wyjątkiem Sokoła”. Zenit powstał jako górny stopień dla ciężkiej rakiety Energia, ale teraz planują go zmodyfikować i przekształcić w samodzielną jednostkę o nazwie Phoenix.
Phoenix ma kilka przewag nad Angarą. Po pierwsze, jego stworzenie powinno kosztować dwa do trzech razy mniej. Po drugie, dla Angary konieczna jest budowa osobnej wyrzutni na kosmodromie, natomiast Phoenixa można wystrzelić zarówno z Bajkonuru, jak i z pływającej platformy Sea Launch, która umożliwia start z oceanu. Umożliwia to wystrzelenie dokładnie z równika, co zapewnia rakiecie maksymalne przyspieszenie w wyniku obrotu Ziemi.
W 2016 roku zbankrutowany wcześniej Sea Launch został przejęty przez S7 Airlines, które jednocześnie zamówiło 12 rakiet typu Zenit z fabryki Jużmasz. Pierwsze komercyjne uruchomienie z tej strony planowane jest na rok 2017.
Zakłada się, że do wystrzelenia załogowego lotu na Księżyc będzie można wykorzystać kilka Phoenixów połączonych w jedną rakietę nośną. SpaceX próbuje wdrożyć coś podobnego w przypadku rakiety Falcon Heavy, choć jej testy zostały przesunięte o kilka lat.
Roskosmos nie porzucił całkowicie Angary - według najnowszych danych na kosmodromie Wostocznyj nadal będzie budowana platforma startowa z myślą o przyszłych startach załogowych.
Wyrzuty na Księżyc powinny rozpocząć się wkrótce. Pierwszy rosyjski automatyczny moduł księżycowy powinien dotrzeć do celu w 2019 roku w ramach misji Łuna-25 Glob. Oczekuje się, że misja umożliwi przetestowanie technologii miękkiego lądowania na biegunie południowym Księżyca, obiecującym obszarze do założenia kolonii.
Od wielu lat trwają prace nad statkiem kosmicznym nowej generacji „Federacja”, który powinien zastąpić statki kosmiczne Sojuz i Progress i dostarczyć na Księżyc czterech rosyjskich kosmonautów. Pierwsze bezzałogowe wystrzelenie statku kosmicznego zaplanowano na 2021 r., a pierwszy załogowy lot na 2024 r.
Liderem nadal są Stany Zjednoczone
NASA pracuje także nad nowym statkiem kosmicznym o nazwie Orion. Jego testy przeprowadzono w 2014 roku, a pierwszy załogowy lot mógłby odbyć się już pod koniec 2018 roku – i to bezpośrednio na Księżyc.
Pierwotnie planowano lot bezzałogowego Oriona na 2018 rok. Lot na Księżyc miał być sprawdzianem zarówno dla statku, jak i ciężkiej rakiety SLS, stworzonej przez Amerykanów z myślą o marsjańskiej wyprawie. Ale wraz z nadejściem administracji Donalda Trumpa rozpoczęły się rozmowy, że skoro gotowy sprzęt poleci na Księżyc, to dlaczego nie wyposażyć go w załogę.
Gdy tylko w NASA rozpoczęły się publiczne dyskusje na temat załogowego lotu, SpaceX było gotowe wysłać w 2018 roku na Księżyc dwóch turystów na statku kosmicznym Dragon 2 i rakiecie Falcon Heavy.
Jednak ani Falcon Heavy, ani SLS nie zostały jeszcze nawet przetestowane. Potencjalnie obie rakiety mogą stać się nowoczesnymi „mistrzami” pod względem ładowności, jednak stwierdzenia o załogowym wystrzeleniu w 2018 roku nie wyglądają jeszcze realistycznie.
„Zapasowa” planeta
Elon Musk nie ukrywa, że jego główną motywacją do kolonizacji Marsa jest stworzenie „kopii zapasowej” ludzkości. Stulecie rozwoju cywilizacji przypadło na dość spokojny okres w historii Ziemi - nie było nagłych zmian klimatycznych, spadków dużych meteorytów, zagrożenia aktywnością wulkaniczną i innych kataklizmów, które regularnie zdarzały się w historii planety.
Pomysł domu zastępczego nie jest nowy i Ciołkowski poważnie go omówił. Nie ma wielu opcji - albo albo Księżyc.
Świat podksiężycowy
Powierzchnia Księżyca jest w przybliżeniu równa sumie powierzchni trzech największych krajów na Ziemi - Rosji, Kanady i Chin. Księżyc jest 81 razy lżejszy od Ziemi, a jego grawitacja jest sześciokrotnie mniejsza. Ale w skali kosmicznej Księżyc i Ziemia są ciałami mniej więcej tego samego rzędu. Czasami mówi się nawet, że tworzą podwójny układ planetarny.
Księżyc jest tylko półtora razy mniejszy od Merkurego - żadna inna planeta w Układzie Słonecznym nie ma tak proporcjonalnego satelity (podobny układ składa się z dawnej już planety Pluton i jego satelity Charon, ale są one wielokrotnie lżejsze od Ziemia i Księżyc).
Powierzchnia Księżyca nie nadaje się do życia przede wszystkim z trzech powodów: zmian temperatury od –150°C do +120°C, promieniowania kosmicznego i ciągłego bombardowania przez mikrometeoryty. Ziemię chroni przed tym wszystkim atmosfera, której nie ma Księżyc - hel, wodór i inne gazy parujące z powierzchni pod wpływem promieniowania słonecznego są bardzo rzadkie.
Na powierzchni Księżyca leży gruba warstwa zakurzonego regolitu, składającego się głównie z mieszaniny szkła i piasku. Teoretycznie mógłby służyć do ochrony przed promieniowaniem i małymi meteorytami. Podobnie jak na Marsie, sensowne jest pokrycie bazy na Księżycu kilkumetrową warstwą ziemi - można to zrobić na przykład za pomocą kontrolowanej eksplozji, jak przewidziano w projekcie radzieckiej bazy księżycowej „Zvezda” .
W wyniku narażenia na słoneczne promieniowanie ultrafioletowe pył na Księżycu ulega naelektryzowaniu i jest szczególnie niebezpieczny dla zdrowia i elektroniki. W przeciwieństwie do cząstek pyłu ziemskiego, które ulegają wygładzeniu w wyniku erozji, cząstki pyłu księżycowego mają kolczasty kształt. Pod koniec trzeciego dnia amerykańskich wypraw księżycowych rękawice skafandrów kosmicznych astronautów zostały zniszczone przez kurz niemal do dziur.
Można pozbyć się wszystkich tych problemów pod powierzchnią Księżyca, ale utworzenie takiej „podksiężycowej” bazy będzie wymagało dużo energii. Nie brakuje też propozycji dość egzotycznych – na przykład drążenia wielu kilometrów tuneli w głębinach Księżyca, zamieniając je w całe ziemskie krajobrazy przy sztucznym oświetleniu.
Zamarznięte bazaltowe lawy Księżyca są na tyle mocne, że szerokie tunele nie będą wymagały żadnych fortyfikacji, a gęstość skał pozwoli na napełnienie ich tlenem bez obawy, że cały natychmiast wycieknie. Aby stworzyć w nich warunki do zamieszkania, konieczne będzie pozyskanie wody, tlenu i energii.
Studnie księżycowe
Misja Łuna 24 okazała się nie tylko ostatnią w XX wieku, ale także niezwykle przydatną - radzieccy naukowcy odkryli niewielką zawartość wody w przywiezionych przez nią próbkach gleby. Na początku XXI wieku amerykańska sonda orbitalna LRO, korzystając z rosyjskiego detektora, odkryła w strefach polarnych Księżyca glebę o stężeniu wody co najmniej 3%. Koszt hipotetycznych misji został natychmiast obniżony ze względu na możliwość braku możliwości przenoszenia zapasów cieczy.
Jednak wydobycie wody na Księżycu nie będzie łatwe – w temperaturze –150°C lód wodny staje się mocniejszy od stali. Istnieje opinia, że w przyszłości transport przelatujących lodowych komet na Księżyc za pomocą miniaturowych silników odrzutowych będzie łatwiejszy i tańszy.
Zewnętrzna elektrownia
Jedynym dostępnym źródłem energii na Księżycu jest Słońce. Ze względu na brak atmosfery panele słoneczne na Księżycu mogą wytworzyć od sześciu do ośmiu razy więcej energii niż na powierzchni Ziemi. Brak warunków atmosferycznych sprawia, że produkcja jest stabilna w czasie.
Istnieją całe projekty mające na celu przekształcenie Księżyca w ogromną elektrownię. Gdyby wokół równika księżycowego zbudowano pas paneli słonecznych, mógłby on wytwarzać energię przez całą dobę. Wykorzystując ukierunkowane promieniowanie mikrofalowe, mogłoby zostać przesłane na Ziemię.
Budowę takich konstrukcji mogą wykonywać roboty, a większość potrzebnych do tego materiałów można wydobyć na miejscu. Jednak takie projekty nadal należą bardziej do sfery fantazji.
Górnictwo
PisaćRozwój technologii kosmicznej nieuchronnie doprowadzi ludzkość do tego, że za kilka dekad pojęcie „bliskiej przestrzeni” obejmie Księżyc. Początkowo załogowe statki kosmiczne i stacje orbitalne będą przemieszczać się na wyższe orbity geostacjonarne i w przestrzeń cislunarną. A kolejnym krokiem będzie początek eksploracji Księżyca – utworzenie na jego powierzchni stałej zamieszkanej bazy.
Orbita geostacjonarna to kołowa orbita równikowa oddalona o około 35 800 km od powierzchni Ziemi. Okres obrotu na takiej orbicie jest równy dobie gwiazdowej (23 godziny 56 minut i 4 sekundy średniego czasu słonecznego). W tych warunkach prędkość kątowa satelity względem środka Ziemi jest równa prędkości kątowej obrotu Ziemi – satelita zawsze będzie znajdował się nad pewnym punktem równika Ziemi.
Można jednak zadać pytanie: po co ludziom Księżyc? Jakie korzyści może to przynieść?
W ostatnich latach w działalności gospodarczej ludzkości pojawił się nowy cel - badanie i wykorzystanie pozaziemskich zasobów naturalnych. Stoimy przed problemem niedoboru źródeł energii, minerałów i dostaw czystej, słodkiej wody. Musimy szukać zastępstwa dla tego, co znika na naszej planecie. A ludzie mimowolnie kierują wzrok na Księżyc - najbliższy obiekt w przestrzeni kosmicznej. Bliskość Księżyca do Ziemi i dostępność nowych technologii kosmicznych pozwalają na włączenie Księżyca w krąg problemów ziemskich.
Kiedy mówimy o możliwości wykorzystania zasobów Księżyca, nie chodzi tylko o poszukiwanie i zagospodarowanie jego minerałów. W sąsiednim świecie nie znajdziemy bogatych złóż rud, pokładów węgla i najwyraźniej złóż ropy. Ale nasz naturalny satelita ma wiele innych ważnych potencjalnych zasobów, a wraz z rozwojem astronautyki ludzie z pewnością z nich skorzystają.
Wysoki poziom uprzemysłowienia współczesnego społeczeństwa z roku na rok przybliża nas do globalnej katastrofy ekologicznej. Ale w jaki sposób Księżyc może nam pomóc, jeśli nie ma atmosfery ani nawet małego jeziora?
Oczywiście nikt nie będzie transportował powietrza i wody z Księżyca. Możliwe jest jednak przeniesienie naszego przemysłu z Ziemi na Księżyc, zwłaszcza naszej szkodliwej produkcji radioaktywnej i chemicznej. Oczywiste jest, że aby przeprowadzić tak imponującą restrukturyzację przemysłową ziemskiej cywilizacji, należy pokonać trudną i złożoną ścieżkę, a początek tej ścieżki należy rozpocząć w pierwszej połowie XXI wieku.
Przed założeniem osad na Księżycu należy się zastanowić: jak zapewnić jego mieszkańcom tlen i wodę? Jak zorganizować ekstrakcję substancji życiowych na miejscu? W końcu nie da się wszystkiego przewieźć z Ziemi!
Według dostępnych prognoz głównymi minerałami tworzącymi skały na Księżycu są piroksen, plagioklaz, ilmenit- zawierają średnio 40% tlenu. Powinny więc służyć jako materiał wyjściowy do produkcji tlenu. Technologia produkcji tlenu z gleby księżycowej została już opracowana w laboratoriach naziemnych. USA opracowały projekt zautomatyzowanej instalacji do przemysłowej produkcji tlenu na Księżycu. Wydajność takiej instalacji wynosi do 1000 ton tlenu rocznie.
Do podstawowych zadań, oprócz tworzenia rezerw ciekłego tlenu na Księżycu, należy pozyskiwanie i gromadzenie wody. Wiadomo, że skały księżycowe są odwodnione. Możliwe jednak, że skorupa Księżyca zawiera dużo wody w postaci podpowierzchniowych lodowców. I jest całkiem możliwe, że odkryte w ostatnich latach tzw. kopuły księżycowe to nic innego jak hydrolakkolity – wierzchołki subksiężycowych złóż lodu. W międzyczasie kwestia ta zostanie wyjaśniona, konieczne będzie ustalenie produkcji wody na Księżycu metodami chemicznymi.
Strumienie wiatru słonecznego (cząsteczek słonecznych) i galaktycznych promieni kosmicznych to prawie czysty wodór z domieszką helu. Obliczenia pokazują, że w ciągu 1 miliarda lat na każdy centymetr kwadratowy powierzchni Księżyca powinno spaść około 10 g wodoru w postaci promieniowania korpuskularnego. Regolit księżycowy pochłania wodór podobnie jak gąbka wodę. W całej historii istnienia Księżyca w jego warstwie powierzchniowej zgromadziła się taka ilość wodoru, która odpowiada zawartości wody około 1 litra na metr sześcienny regolitu.
Głównym procesem technologicznym wytwarzania wodoru ze skał księżycowych jest podgrzewanie ich do wysokich temperatur. Wodór jest następnie wprowadzany do jednostki, która jest ładowana skałą zawierającą tlen, taką jak ilmenit. Tutaj wchodzi w reakcję chemiczną z tlenem, w wyniku czego powstaje para wodna. Aby uzyskać wodę, para jest schładzana. Sądząc po ziemskich eksperymentach, wydajność wody przy przetwarzaniu 45 kg ilmenitu wynosi 450 g.
Podajmy inny przykład: 20 kg skały księżycowej (regolitu) zawiera taką ilość tlenu, że jedna osoba może oddychać przez 24 godziny.
Z gleby księżycowej można wydobyć inne niezbędne chemikalia. Jednym słowem zasoby surowców mineralnych na Księżycu są tak duże, że z biegiem czasu nie będzie potrzeby ich dostarczania z Ziemi. To pozwala nam mieć nadzieję, że Księżyc będzie mógł być z powodzeniem badany i zasiedlany przez ludzi.
Problem zaludnienia Księżyca to przede wszystkim problem zbudowania takich księżycowych mieszkań, w których powstałyby warunki ziemskie. Muszą niezawodnie izolować ludzi od pozbawionej powietrza przestrzeni kosmicznej, zapobiegać nagłym wahaniom temperatury oraz chronić ich przed meteorytami i niebezpiecznym promieniowaniem. Aby to zrobić, najlepiej umieścić pomieszczenia mieszkalne w specjalnych wnękach i przykryć je grubą warstwą księżycowej gleby.
Ukryty przed wrogim człowiekowi środowiskiem kosmicznym, księżycowy dom zostanie połączony kanałami powietrznymi ze szklarnią zlokalizowaną na powierzchni Księżyca. Szklarnię należy również hermetycznie odizolować od otaczającej ją przestrzeni pozbawionej powietrza. Jest obficie napromieniowane światłem słonecznym, a rosnące w nim rośliny oczyszczają sztuczną atmosferę z dwutlenku węgla i nasycają ją tlenem. Z czasem na Księżycu zostanie uruchomiona produkcja własnych produktów spożywczych.
Musimy pomyśleć o źródłach energii dla bazy księżycowej. Głównym kierunkiem rozwoju energii księżycowej powinno być wykorzystanie energii słonecznej poprzez zamianę jej na energię elektryczną. Prototypem takich instalacji są baterie słoneczne, które są szeroko stosowane na różnych statkach kosmicznych.
Ze względu na brak atmosfery na Księżycu, na jednostkę jego powierzchni przypada około 3 razy więcej promieniowania słonecznego (energii promieniowania) niż na jednostkę powierzchni Ziemi. W rezultacie, pod względem napromieniowania promieniami słonecznymi, powierzchnia Księżyca jest równa powierzchni wszystkich kontynentów Ziemi. A gdyby udało się pokryć jego część fotokomórkami półprzewodnikowymi i znaleźć sposoby przesyłania energii na Ziemię, Księżyc mógłby stać się dla nas być może najważniejszą elektrownią. To prawda, że taka elektrownia ma znaczną wadę: wytwarza energię elektryczną tylko w ciągu dnia.
Istnieją jednak inne źródła energii, których działanie nie zależy od pory dnia, np. elektrownie jądrowe. Aby rozwiązać problem energii, ludzkość opiera się również na kontrolowanych reakcjach termojądrowych. Jedną z takich reakcji jest fuzja jąder deuteru (ciężkiego wodoru) i izotopu helu (helu-3). Reakcja ta zachodzi niskim kosztem i przy niemal całkowitym braku odpadów radioaktywnych, co eliminuje ryzyko radioaktywnego skażenia środowiska.
Na Ziemi izotop helu jest bardzo rzadki. Ale na Księżycu, przyniesiony przez wiatr słoneczny, został wchłonięty przez księżycową glebę na 4 miliardy lat. Wyniki analiz laboratoryjnych gleby księżycowej pokazują, że w powierzchniowej warstwie regolitu zgromadziło się około 1 miliona ton rezerw helu-3. Taka ilość paliwa nuklearnego wystarczyłaby na dziesiątki tysięcy lat nie tylko osadom księżycowym, ale całej ludzkości.
Bogactwa Księżyca są ogromne! Trzeba tylko nauczyć się je wydobywać i racjonalnie wykorzystywać dla rozwoju księżycowego przemysłu i energetyki. Kiedy Księżyc stanie się centrum ludzkiego przemysłu, nasza niebieska planeta Ziemia zamieni się w prawdziwą oazę życia.
W momencie swojego powstania Księżyc znajdował się kilka razy bliżej Ziemi niż obecnie i obracał się wokół własnej osi znacznie szybciej. Przyciąganie grawitacyjne sąsiedniej Ziemi spowodowało silne pływy na stopionej powierzchni księżycowej kuli. Pod ich wpływem Księżyc przybrał nieco wydłużony kształt, a gdy stwardniał, jego kształt pozostał wydłużony.
Tarcie pływowe stopniowo spowalniało prędkość obrotową Księżyca. Działo się tak do momentu, gdy okres obrotu Księżyca wokół własnej osi zrównał się z okresem jego obiegu wokół Ziemi. A teraz możemy zobaczyć tylko jedną stronę Księżyca.
Ponieważ masa Ziemi jest 81 razy większa od masy Księżyca, siła pływowa wywierana przez Ziemię na Księżyc jest znacznie większa niż siła pływowa wywierana przez Księżyc na Ziemię. Jak wiadomo, fale przypływów księżycowych, każdorazowo zbliżając się do wschodnich wybrzeży kontynentów ziemskich, tworzą siłę tarcia pływowego mas wody o ciało stałe naszej planety. W efekcie Ziemia spowalnia swój obrót, a długość dnia stopniowo wzrasta. Jeśli tempo wzrostu długości dnia utrzyma się o 1,5 sekundy na 100 tysięcy lat, to już w obecnym okresie geologicznym (za 10 milionów lat) w roku ziemskim będzie o jeden dzień mniej.
Oddziaływanie pływowe w układzie Ziemia-Księżyc prowadzi również do tego, że nasz satelita coraz bardziej oddala się od Ziemi. Obliczenia wykazały, że stanie się tak do czasu, gdy długość miesiąca księżycowego i dnia ziemskiego zrówna się i osiągnie około 50-55 dnia dzisiejszego. Księżyc będzie wtedy półtora raza dalej od Ziemi niż obecnie, czyli w odległości około 600 tys. km.
Ewolucja pływowa układu Ziemia-Księżyc również zachodzi pod wpływem grawitacji Słońca, ale znacznie wolniej. Zatem w wyniku wpływu pływowego gwiazdy centralnej okres obrotu naszej Ziemi powinien wzrastać, aż stanie się równy rocznemu okresowi obrotu Ziemi. Planeta Merkury może znaleźć się w tej pozycji.
Stopniowe wydłużanie się dnia ziemskiego na skutek pływów słonecznych zakłóci ustaloną względną równowagę w układzie Ziemia-Księżyc. Księżyc zacznie zbliżać się do Ziemi. Obliczenia pokazują, że po wielu miliardach lat ta zbieżność powinna zakończyć się katastrofą.
Można by pomyśleć, że Księżyc spadnie na Ziemię, ale najwyraźniej tak się nie stanie. Po prostu, gdy Księżyc zbliży się do Ziemi na zakazaną odległość – osiągnie tzw. granicę Roche’a, bliżej której nie może utrzymać stabilnego kształtu, nasz naturalny satelita zostanie rozerwany na strzępy przez potężne ziemskie siły pływowe. Z wielu fragmentów Księżyca wokół Ziemi wyłoni się pierścień podobny do pierścienia Saturna. Pęknięcie Księżyca nastąpi mniej więcej wtedy, gdy odległość między środkami dwóch ciał niebieskich (Ziemią i Księżycem) zmniejszy się do 18 tysięcy km.
Rekonstrukcja ścieżki ewolucyjnej Księżyca rzuca światło na szereg kontrowersyjnych kwestii z przeszłości i daje wgląd w przyszłość Ziemi.
W najzimniejszych miejscach na Ziemi temperatura nie jest nawet zbliżona do temperatury księżycowej nocy – a stworzenie bazy, która będzie w stanie chronić osadników przed takimi temperaturami, jest bardzo trudne. Przez wiele dziesięcioleci myśli o kolonizacji Księżyca ekscytowały naukowców i wizjonerów. Na ekranach telewizorów i monitorów pojawiały się różnorodne koncepcje kolonii księżycowych.
Być może kolonia księżycowa byłaby kolejnym logicznym krokiem dla ludzkości. To nasz najbliższy sąsiad w gwiazdach, który znajduje się jakieś 383 000 kilometrów od nas, co ułatwia wsparcie zasobami. Ponadto na Księżycu występują duże ilości helu-3, idealnego paliwa do reaktorów termojądrowych, którego na Ziemi jest bardzo mało.
Trasa trwałej kolonii księżycowej została teoretycznie wytyczona w różnych programach kosmicznych. Chiny wyraziły zainteresowanie umieszczeniem bazy na niewidocznej stronie Księżyca. W październiku 2015 roku okazało się, że Europejska Agencja Kosmiczna i Roscosmos planują serię misji na Księżyc w celu oceny możliwości stałego osadnictwa.
Jednak nasz satelita ma wiele problemów. Dokonuje jednego obrotu w ciągu 28 ziemskich dni, a noc księżycowa trwa 354 godziny – ponad 14 ziemskich dni. Długi cykl nocny oznacza znaczny spadek temperatur. Temperatury na równiku wahają się od 116 stopni Celsjusza w dzień do -173 stopni w nocy.
Noc księżycowa będzie krótsza, jeśli umieścisz swoją bazę na biegunie północnym lub południowym. „Istnieje wiele powodów, dla których warto zbudować taką bazę na biegunach, ale oprócz godzin nasłonecznienia należy wziąć pod uwagę inne czynniki” – mówi Edmond Trollope, inżynier operacji kosmicznych w Telespazio VEGA Deutschland. Podobnie jak na Ziemi, bieguny mogą być bardzo zimne.
Na biegunach Księżyca Słońce będzie poruszać się po horyzoncie, a nie po niebie, dlatego konieczne będzie wzniesienie paneli bocznych (w postaci ścian), co skomplikuje konstrukcję. Duża płaska podstawa na równiku gromadziłaby dużo ciepła, ale aby dostać się do ciepła na biegunach, trzeba by budować w górę, co nie jest łatwe. „Dzięki mądrze wybranej lokalizacji różnicę temperatur można łatwo kontrolować” – mówi Volker Maiwald, naukowiec z Niemieckiego Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki DLR.
Duże wahania temperatur w cyklu dnia i nocy oznaczają, że bazy księżycowe będą musiały nie tylko być wystarczająco izolowane od przenikliwego zimna i palącego ciepła, ale także radzić sobie z naprężeniami termicznymi i rozszerzalnością cieplną.
Ochrona termiczna
Pierwsze misje robotyczne na Księżyc, podobnie jak misje radzieckie, miały trwać jeden dzień księżycowy (dwa ziemskie tygodnie). Lądowniki biorące udział w misjach Surveyor NASA mogą wznowić działalność następnego księżycowego dnia. Jednak uszkodzenia komponentów w nocy często uniemożliwiały uzyskanie danych naukowych.
Łunochody z radzieckiego programu kosmicznego o tej samej nazwie, realizowanego na przełomie lat 60. i 70., zawierały radioaktywne elementy grzejne z wyrafinowanym systemem wentylacji, co pozwalało pojazdom przetrwać do 11 miesięcy. Łaziki hibernowały w nocy i wystrzeliwały wraz ze słońcem, gdy energia słoneczna stała się dostępna.
Jedna z opcji pozwalających uniknąć dużych wahań temperatur- zakopać budynek w księżycowym regolicie. Ten sypki materiał pokrywający powierzchnię Księżyca ma niską przewodność cieplną i wysoką odporność na promieniowanie słoneczne. Oznacza to, że ma silne właściwości termoizolacyjne, a im głębsza kolonia, tym wyższa ochrona termiczna. Dodatkowo, ponieważ podstawa będzie się nagrzewać, a ciepło będzie słabo przenoszone na Księżyc ze względu na brak atmosfery, zmniejszy to dalsze naprężenia termiczne.
O ile jednak pomysł „zakopania” kolonii w zasadzie się udał, o tyle w praktyce byłoby to zadanie niezwykle trudne. „Nie widziałem jeszcze projektu, który by sobie z tym poradził” – mówi Walker. „Zakłada się, że będą to zrobotyzowane maszyny budowlane, którymi będzie można sterować zdalnie.”
Osadzić czy zakryć?
Inną metodą osiągnięcia pożądanego rezultatu jest sama ziemia. Penetratory zdolne do penetracji powierzchni podczas uderzenia zostały już zaproponowane (ale na mniejszą skalę) do kilku misji księżycowych, takich jak japońska Lunar-A i brytyjska MoonLite (projekt został obecnie odłożony na półkę, choć pomysł penetrujące lądowanie było na tyle przekonujące, że ESA zdecydowała się wykorzystać je w mechanizmie szybkiego dostarczania próbek do analizy z powierzchni i pod powierzchnią planety lub księżyca). Zaletą tej koncepcji jest to, że podstawa jest zakopywana w momencie uderzenia i dlatego przed zabezpieczeniem będzie poddana stosunkowo łagodnym warunkom termicznym.
Jednakże dostawy energii pozostaną wyzwaniem, ponieważ typowy projekt penetracyjny oferuje jedynie bardzo ograniczone możliwości wykorzystania energii słonecznej. Istnieją również wyzwania związane z dużymi obciążeniami przyspieszającymi podczas kolizji i wysoką precyzją wymaganą do prowadzenia. „Siła uderzenia wymagana do zakopania konstrukcji byłaby bardzo trudna do pogodzenia z wymaganymi funkcjami bazy załogowej” – mówi Trollope.
Alternatywą byłoby zrzucenie księżycowego regolitu na kolonię, być może przy użyciu maszyn takich jak koparki hydrauliczne. Ale aby zrobić to skutecznie, będziesz musiał działać szybko.
Jeśli na kolonię nie można wylać regolitu księżycowego, można na nią nałożyć wielowarstwową „czapkę” izolacyjną (MLI), która zapobiegnie rozpraszaniu ciepła. Materiały termoizolacyjne MLI są szeroko stosowane w statkach kosmicznych, chroniąc je przed zimnem kosmicznym.
Zaletą tej metody jest to, że pozwala ona na wykorzystanie paneli słonecznych do gromadzenia i magazynowania energii podczas dwutygodniowego dnia księżycowego. Jeśli jednak nie uda się zgromadzić wystarczającej ilości energii, należy rozważyć alternatywne metody jej wytwarzania.
Generatory termoelektryczne mogłyby dostarczać energię kolonii w cyklu nocnym: choć mają niską wydajność, nie sprawiają problemów w utrzymaniu, ponieważ nie mają ruchomych części. Radioizotopowe generatory termoelektryczne (RTG) oferują większą wydajność i mają bardzo kompaktowe źródło paliwa. Ale podstawa będzie musiała być chroniona przed promieniowaniem, jednocześnie umożliwiając jej przenoszenie ciepła. Logistyka instalacji generatora z usuwalnym izotopem promieniotwórczym jest obarczona problemami: będzie istniało ryzyko na całej drodze od startu z Ziemi do lądowania na Księżycu, a także kwestie polityczne i związane z bezpieczeństwem.
Zastosowanie reaktorów rozszczepienia jądrowego byłoby możliwe, ale stwarzałoby to jeszcze więcej problemów, w tym także tych wymienionych powyżej.
A jeśli zostaną opracowane reaktory termojądrowe, można je będzie zastosować również na Księżycu, ze względu na nadmiar helu-3. Przydatne mogą być także baterie, np. litowo-jonowe, pod warunkiem, że podczas dwutygodniowego cyklu nocnego zostanie wygenerowana wystarczająca ilość energii słonecznej.
Istnieje pomysł zasilania stacji na powierzchni w cyklu nocnym za pomocą orbitującego satelity, który przesyłałby energię za pomocą mikrofal lub lasera. Badania nad tym pomysłem przeprowadzono 10 lat temu. Badanie wykazało, że w przypadku dużej bazy księżycowej wymagającej setek kilowatów mocy dostarczanej z orbity przez 50-kilowatowy laser, prostownica (rodzaj anteny przekształcającej energię elektromagnetyczną w stały prąd elektryczny) miałaby średnicę 400 metrów, podczas gdy na satelita miałby powierzchnię 5 metrów kwadratowych paneli słonecznych. Na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej około 3,3 metra kwadratowego. km paneli słonecznych.
Chociaż trudności w budowaniu kolonii, która będzie musiała wytrzymać trudne nocne cykle księżycowe, są znaczne, nie są nie do pokonania. Przy odpowiedniej ochronie termicznej i odpowiednim systemie wytwarzania energii podczas długiej dwutygodniowej nocy moglibyśmy w ciągu najbliższych dwudziestu lat stworzyć kolonię księżycową. A wtedy będziemy mogli odwrócić wzrok dalej.
Dziękuję za portal informacyjny