Blog

Kako koloniziramo Luno?

Dobrodošli nazaj v naši seriji o kolonizaciji sončnega sistema! Danes si ogledamo Zemlji najbližje nebesne sosede. Tako je, gledamo na Luno!

Verjetno smo vsi že večkrat v življenju slišali za to in imamo celo nekaj lastnih misli na to temo. Toda za vesoljske agencije po vsem svetu, futuriste in zasebna vesoljska podjetja ideja o kolonizaciji Lune ni vprašanje »če«, temveč »kdaj« in »kako«. Za nekatere je vzpostavitev stalne človeške prisotnosti na Luni stvar usode, medtem ko je za druge stvar preživetja.

Ni presenetljivo, da načrti za vzpostavitev človeškega naselja so bili tako pred pristankom na Luni kot pred vesoljsko dirko. V zadnjih nekaj desetletjih je bilo veliko teh načrtov očiščenih in posodobljenih zahvaljujoč načrtom za prenovljeno obdobje raziskovanja Lune. Kaj bi torej bilo potrebno za vzpostavitev stalne človeške prisotnosti na Luni, kdaj bi se to lahko zgodilo in ali smo kos temu izzivu?

Še preden so bili podani predlogi za lunarne kolonije, je bila ideja o človeštvu, ki živi na Luni, obširno raziskana v leposlovju, s primeri, ki segajo več kot stoletje nazaj. Poleg tega so že v začetku 20. stoletja obstajala precejšnja ugibanja, da bi Luna morda že naseljena z avtohtonimi življenjskimi oblikami (podobno kot so verjeli o Marsu).



Primeri v leposlovju:

Med 1940 in 1960 je avtor znanstvene fantastike Robert A. Heinlein obširno pisal o prvih potovanjih in končni kolonizaciji Lune. Te so vključevale več kratkih zgodb iz štiridesetih let prejšnjega stoletja, ki opisujejo, kakšno bi bilo življenje v naseljih na »Luni« (ime, ki ga Heinlein običajno uporablja za opis kolonizirane Lune.

Naslovnica 1. izdaje (1966). Zasluge: Wikipedia Commons/G. P. Putnamovi sinovi

Leta 1966 je Heinlein izdal roman, nagrajen z nagrado Hugo, Luna je kruta gospodarica , ki pripoveduje o potomcih lunarne kazenske kolonije, ki se borijo za neodvisnost od Zemlje. Ta zgodba je prejela široko priznanje zaradi načina, kako združuje politične komentarje z vprašanji, kot so raziskovanje vesolja, trajnost in umetna inteligenca. Prav v tem delu je Heinlein skoval izraz 'TANSTAAFL' - akronim za 'There Ain't No Such Thing As A Free Lunch'.

Leta 1985 je Heinlein izšel Mačka, ki hodi skozi stene ,kjer se velik del knjige odvija na Free Luna, potem ko je zmagala v boju za neodvisnost, in vključuje like iz nekaterih njegovih prejšnjih del.

Lunarno kolonizacijo je v leposlovju raziskoval tudi pokojni in veliki Arthur C. Clarke. To je vključevalo kratko zgodbo zemeljska svetloba (1955), kjer se naselje na Luni znajde sredi vojne med Zemljo in zavezništvom med Marsom in Venero. Temu je sledilo Padec mesečevega prahu (1961), ki prikazuje lunarno ladjo, polno turistov, ki tone v morje mesečevega prahu.

Originalna naslovnica iz 1968. Zasluge: Wikipedia Commons/Hutchinson (Združeno kraljestvo)/ Nova ameriška knjižnica (ZDA)



Leta 1968 je Clarke sodeloval z režiserjem Stanleyjem Kubrickom pri ustvarjanju znanstvenofantastičnega filma. 2001: Odiseja v vesolju , kjer se del zapleta odvija v ameriški lunarni koloniji, ki je v karanteni, potem ko v bližini najdejo predmet tujega izvora. Clarke je to podrobneje opisal v novi različici, ki je izšla istega leta. Lunarna kolonija je omenjena tudi v romanu Clarke's Meglica in Hugo, nagrajenem z nagrado Srečanje z Ramo (1973).

Sodelavka znanstvene fantastike Ursula K. Le Guin v svojem romanu iz leta 1971 vključuje tudi lunino kolonijo Nebeška stružnica , ki je leta 1972 prejel nagrado Locus za najboljši roman in je bil dvakrat filmsko adaptiran (1980 in 2002). V alternativni resničnosti so lunarne baze ustanovljene leta 2002, nato pa jih napade sovražna tujerodna vrsta iz Aldebarana (ki so v drugi resničnosti benigne).

Leta 1973 je pokojni in veliki Isaac Asimov izdal roman Bogovi sami ,kjer se tretji odsek odvija v lunarni naselbini v začetku 22. stoletja. Lunatiki (1988) Kim Stanley Robinson (avtor knjige Rdeči Mars trilogija, 2312 in Zora ) se osredotoča na skupino zasužnjenih rudarjev, ki so prisiljeni delati pod lunino površino in sprožijo upor.

Roman Artemis iz leta 2017 Andyja Weira. Zasluge: Amazon/Crown publishing

Kratka zgodba iz leta 1995 ' Byrd Land Six ” Alastairja Reynoldsa omenja kolonijo na Luni z gospodarstvom, osredotočenim na rudarjenje helija-3. Leta 1998 je izšel Ben Bova Lunin vzhod in Moonwar , dva romana, ki se osredotočata na lunarno bazo, ki jo je ustanovila ameriška korporacija in ki se sčasoma upira Zemlji. To so del njegovih ' Grand Tour ” serija, ki skupaj obravnava kolonizacijo Osončja.

Leta 2017 je Andy Weir (avtorMarsovca) sprosti Artemida , roman, ki se dogaja v lunarnem mestu, katerega gospodarstvo temelji na lunarnem turizmu. Veliko pozornosti je posvečeno podrobnostim vsakdanjega življenja na Luni, ki vključuje opise jedrske elektrarne, topilnice aluminija in obrata za proizvodnjo kisika.

Predlogi:

Najstarejši zabeležen primer ljudi, ki živijo na Luni, je v 17. stoletju izdelal škof John Wilkins. V njegovem Razprava o novem svetu in drugem planetu (1638), je napovedal, da se bodo ljudje nekega dne naučili obvladati letenje in ustanovili lunarno kolonijo. Vendar pa podrobni in znanstveno utemeljeni predlogi ne bodo prišli do 20. stoletja.

Leta 1901 je pisal H. G. Wells Prvi možje na Luni , ki pripoveduje zgodbo o domorodnih lunarnih prebivalcih (Selenitih) in vključuje elemente resnične znanosti. Leta 1920 Konstantin Tsiolkovsky (Mnogi ga pozdravljajo kot 'očeta astronavtike in raketiranja') napisal roman Zunaj Zemlje . Ta roman pripoveduje zgodbo ljudi, ki kolonizirajo Osončje, in podrobno opisuje, kakšno bi bilo življenje v vesolju.

Z začetkom vesoljske dirke v petdesetih letih prejšnjega stoletja so znanstveniki, inženirji in arhitekti predlagali številne koncepte in načrte. Leta 1954 je Arthur C. Clarke predlagal ustanovitev a baza lunarna sestavljen iz napihljivih modulov, prekritih z luninim prahom za izolacijo. Komunikacijo z astronavti na terenu bi vzdrževali z uporabo napihljivega radijskega jambora.

Sčasoma bi zgradili večjo, trajno kupolo, ki bi se zanašala na čistilec zraka na osnovi alg, jedrski reaktor za energijo in elektromagnetne topove za izstrelitev tovora in goriva v plovila v vesolju. Clarke bi ta predlog podrobneje raziskal s svojo kratko zgodbo iz leta 1955zemeljska svetloba.

Leta 1959 je ameriška vojska začela študijo, znano kot Projekt Horizont , načrt za vzpostavitev utrdbe na Luni do leta 1967. Načrt je predvideval prvi pristanek, ki sta ga izvedla dva 'vojaka-astronavta' leta 1965, sledila pa sta ji gradbeni delavci in tovor, dostavljen z uporabo ponovitev Saturn I raketa kmalu zatem.

Leta 1959 je John S. Rinehart – takratni direktor Laboratorija za raziskave rudarstva na Rudniški šoli v Koloradu – predlagal lunino strukturo, ki bi lahko »[plavala] v mirujočem oceanu prahu«. To je bil odgovor na takrat priljubljeno teorijo, da obstajajo oceani regolita, ki so bili 1,5 km (ena milja) globoko na Luni.

Ta koncept je bil orisan v Rinehartovi študiji, ' Osnovna merila za izgradnjo lune ,” v Journal of the British Interplanetary Society , kjer je opisal »plavajočo osnovo«, ki jo sestavljajo polovični cilinder s polovičnimi kupolami na obeh koncih in zgoraj nameščen mikrometeoroidni ščit.

Lunina baza, kot si jo je zamislila NASA v sedemdesetih letih. Zasluge: NASA

Leta 1961, istega leta, ko je predsednik Kennedy objavil program Apollo, so ameriške letalske sile izdale tajno poročilo, ki temelji na prejšnji oceni lunarne vojaške baze, ki jo je naredila ameriška vojska. Znan kot Projekt Lunex , načrt je zahteval pristanek posadke na Luni, ki bi sčasoma pripeljal do podzemne baze letalskih sil na Luni do leta 1968.

Leta 1962 sta John DeNike (vodja programa za napredne programe NASA) in Stanley Zahn (tehnični direktor Lunar Basing Studies v vesoljski diviziji Martin Company) objavila študijo z naslovom 'Lunar Basing'. Njihov koncept je zahteval podzemno bazo, ki se nahaja ob Morju miru, prihodnjem mestu pristankaApollo 11poslanstvo.

Tako kot Clarkov predlog bi se ta baza zanašala na jedrske reaktorje za energijo in sistem za filtriranje zraka na osnovi alg. Osnovo bi sestavljalo 30 habitatnih modulov, razdeljenih med sedem bivalnih prostorov, osem delovnih območij in 15 logističnih območij. skupna baza bi merila 1300 m² (14.000 ft²) in bi lahko sprejela 21 članov posadke.

V šestdesetih letih prejšnjega stoletja je NASA izdelala številne študije, ki so zagovarjale ustvarjanje habitatov, ki jih je navdihnila arhitektura misije programa Apollo (zlasti Saturn V raketa in njeni derivati). Ti načrti so predvidevali, da so moduli vesoljske postaje nameščeni na lunini površini in uporabljajo obstoječe zasnove in tehnologijo, da bi znižali stroške in zagotovili zanesljivost.

Gradnja lunine baze bi lahko bila lažja, če bi astronavti lahko nabirali lokalne materiale za gradnjo in življenjsko podporo na splošno. Zasluge: NASA/Pat Rawlings

Leta 1963 je med 13Zbornik kolokvija o Lunarnem in planetarnem raziskovanju,William Sims je izdelal študijo z naslovom 'Arhitektura lunarne baze'. Njegova zasnova je zahtevala, da se zgradi habitat pod steno udarnega kraterja z v bližini pristajalnega polja za vesoljska plovila. Habitat bi bil visok tri nadstropja z zgornjim nivojem, ki bi skozi okna omogočal pogled na površino.

Ta okna bi omogočala tudi vstop svetlobe v habitat in bi bila izolirana z rezervoarji za vodo za zaščito pred sevanjem. Energijo naj bi zagotavljali jedrski reaktorji, medtem ko bi deli habitata bili namenjeni zagotavljanju pisarniških prostorov, delavnic, laboratorijev, bivalnih prostorov in kmetije za proizvodnjo čim več hrane za posadko.

Toda morda je bila najbolj vplivna zasnova Apollonove dobe v dveh zvezkih ' Študija sinteze lunarnih baz «, ki ga je leta 1971 dokončalo vesoljsko podjetje North American Rockwell. Študija je izdelala idejno zasnovo za serijo lunarnih površinskih baz (LSB), ki so bile izpeljane iz povezane študije za lunarno postajo v orbiti.

V zadnjih letih so številne vesoljske agencije pripravile predloge za gradnjo kolonij na Luni. Leta 2006 , je Japonska napovedala načrte za lunino bazo do leta 2030. Podoben predlog je dala Rusija leta 2007 , ki bi bil zgrajen med letoma 2027-32. Leta 2007 je Jim Burke iz Mednarodna vesoljska univerza v Franciji predlagal ustanovitev a Lunarna Noetova barka zagotoviti, da bo človeška civilizacija preživela kataklizmičen dogodek.

Umetnikov vtis o 3D natisnjeni lunini bazi. Zasluge: ESA/Foster + Partners

V avgusta 2014 , so se predstavniki Nase srečali z vodilnimi v industriji, da bi razpravljali o stroškovno učinkovitih načinih izgradnje lunarne baze v polarnih regijah do leta 2022. Leta 2015 je NASA začrtala koncept za lunarno naselje, ki bi se zanašal na robotske delavce (znane kot Trans-formerji ) in heliostati za ustvarjanje lunarne naselbine okoli Luninega južnega polarne regije.

Leta 2016 je vodja ESA Johann-Dietrich Wörner predlagal ustanovitev mednarodna vas na Luni kot naslednici mednarodne vesoljske postaje. Ustanovitev te vasi bi se zanašala na enaka medagencijska partnerstva kot ISS, pa tudi na partnerstva med vladami in zasebnimi interesi.

izzivi:

Samoumevno je, da bi bila ustanovitev lunarne kolonije velika zaveza v smislu časa, virov in energije. Medtem ko razvoj raket za večkratno uporabo in drugi ukrepi zmanjšujejo stroške posameznih izstrelitev, je pošiljanje tovora na Luno še vedno zelo drag podvig – zlasti tam, kjer bi bilo potrebno več težkih izstrelitev.

Tu je tudi vprašanje številnih naravnih nevarnosti, ki izhajajo iz življenja na telesu, kot je Luna. Sem spadajo ekstremne temperature, pri katerih je na soncu obrnjena stran najvišja 117 °C (242 °F), medtem ko je na temni strani najnižje -43 °C (-46 °F). Večji del lunine površine je izpostavljen tudi udarcem meteoroidov in mikrometeoroidov.

Umetnikov vtis lunine eksplozije – posledica udarca meteorita. Zasluge: NASA/Jennifer Harbaugh

Luna ima tudi ozračje, ki je šibko, je praktično vakuum. To je del razloga, zakaj Luna doživlja tako ekstremne temperature in zakaj je površje razrezano zaradi udarcev (tj. ni atmosfere, v kateri bi meteorji zgoreli). Pomeni tudi, da bodo vsa naselja morala biti nepredušna, pod pritiskom in izolirana pred zunanjim okoljem.

Pomanjkanje atmosfere (kot tudi magnetosfere) pomeni tudi, da je površina izpostavljena veliko več sevanju, kot smo ga vajeni tukaj na Zemlji. To vključuje sončno sevanje, ki se med sončnim dogodkom močno poslabša, in kozmične žarke.

Možne metode:

Od začetka vesoljske dobe je bilo podanih več predlogov, kako in kje bi lahko zgradili lunarno kolonijo. Kje je še posebej pomembno, saj mora vsako naselje zagotoviti določeno stopnjo zaščite pred elementi. Kot pravi pregovor, so pri nepremičninah trije najpomembnejši dejavniki: »lokacija, lokacija in lokacija«.

Zaradi tega je bilo v preteklih letih podanih več predlogov za izgradnjo lunarnih habitatov na lokacijah, ki bi omogočale naravno zaščito in/ali zadrževanje. Trenutno je najbolj priljubljena med njimi Južni pol Aitken Basin , območje velikega udarca okoli Luninega južnega polarne regije, ki je močno kraterirano.

Podatki o nadmorski višini Lune, ki prikazujejo kotlino južnega tečaja Aitken. Zasluge: NASA/GSFC/Univerza v Arizoni

Podatki o nadmorski višini Lune, ki prikazujejo kotlino južnega tečaja Aitken. Zasluge: NASA/GSFC/Univerza v Arizoni

Ena od glavnih prednosti te regije je dejstvo, da je trajno zasenčena, kar pomeni, da doživlja veliko bolj stabilne temperature. Poleg tega so številne misije potrdile prisotnost vodnega ledu v regiji, ki bi ga bilo mogoče pobrati za izdelavo vsega od vodikovega (ali hidrazenskega) goriva in plina kisika do pitne vode in vode za namakanje.

Poleg tega bo moral vsak poskus kolonizacije Lune uporabiti tehnologije, kot so aditivna proizvodnja (tudi 3D tiskanje), robotski delavci in teleprisotnost. Prav tako bo treba bazo (ali baze) izdelati in dobaviti v največji možni meri z lokalnimi viri, metodo, znano kot izkoriščanje virov in situ (ISRU).

NASA in ESA že vrsto let raziskujeta koncept in obe sta izdelali svoje metode za pretvorbo luninega regolita in drugih virov v uporabne materiale. Na primer, od leta 2013 ESA sodeluje s podjetjem za arhitekturno načrtovanje Rejnik + partnerji oblikovati svoje Mednarodna lunina vas .

Njihova predlagana metoda za gradnjo te podlage je sestavljena iz postavitve napihljivih ogrodij na površino, ki bi bila nato prekrita z obliko betona iz luninega regolita, magnezijevega oksida in vezivne soli. NASA je predlagala podobno metodo, ki zahteva robotske delavce, ki uporabljajo 'sintrani' regolit na podlago za 3D tiskanje. To je sestavljeno iz taljenja regolita z bombardiranjem z mikrovalovno pečico, nato pa iz tiskanja kot staljene keramike.

Druge ideje vključujejo vgradnjo habitatov v tla in zgornjo raven, ki omogoča dostop do površine in omogoča naravno svetlobo. Obstaja celo predlog za gradnjo lunarnih naselij znotraj stabilnih cevi lave, ki ne bi zagotavljale samo zaščite pred vakuumom prostora in udarci, vendar bi jih lahko lažje pritiskali.

Obstaja celo predlog za a Solenoid Luna-osnova ki bi zagotovil lastno zaščito pred sevanjem. Ta koncept je predstavil gradbeni inženir Marco Peroni na Forum in razstava o vesolju in astronavtiki AIAA 2017 in je sestavljen iz prozornih kupol, obdanih s torusom visokonapetostnih kablov. Ta torus bi zagotovil aktivno magnetno zaščito pred sevanjem in bi omogočil gradnjo naselij kjer koli na površini.

Obilje ledu okoli polarnih regij bo naseljencem zagotovilo stalen vir vode za pitje, namakanje in bi se lahko celo predelala za proizvodnjo goriva in kisika, ki diha. Potreben bo strog režim recikliranja, da se zagotovi čim manj odpadkov, najverjetneje pa se bodo namesto stranišč za splakovanje uporabljala stranišča za kompostiranje.

Ta stranišča za kompostiranje bi lahko kombinirali z luninim regolitom, da bi ustvarili rastočo zemljo, ki bi jo nato lahko namakali z lokalno pridelano vodo. To bi bilo bistveno glede na to, kako bi morali lunarni kolonisti pridelati velik del lastne hrane, da bi zmanjšali število pošiljk, ki bi jih bilo treba redno pošiljati z Zemlje.

Lunarno vodo bi lahko uporabili tudi kot vir energije, če bi kolonije bile opremljene z baterijami za elektrolizo (kjer se molekule vode razdelijo na vodik in kisik, vodik pa sežge). Drugi viri energije bi lahko vključevali sončne nize, ki bi jih lahko zgradili okoli robov kraterjev in usmerili energijo v naselja v njih.

Sončna energija, ki temelji na vesolju, bi prav tako lahko zagotovila obilo energije za naselja po vsej lunini pokrajini. Druga možnost so jedrski reaktorji, prav tako fuzijski ( tokamak ) reaktorji. Ta zadnja možnost je še posebej privlačna glede na dejstvo, da je helija-3 (vir energije za fuzijske reaktorje) več na lunini površini kot na Zemlji.

Potencialne koristi:

Če smo pošteni, ima ustanovitev kolonije na katerem koli od nebesnih teles v našem Osončju nekaj resnih potencialnih koristi. Toda kolonija na najbližjem nebesnem telesu na Zemlji bi bila še posebej koristna. Ne samo, da bi lahko izvajali raziskave, črpali vire in izkoristili prednosti novih tehnologij, saj bi baza na Luni olajšala misije in kolonizacijske napore na druge planete in lune.

Preprosto povedano, kolonija na Luni bi lahko delovala kot odskočna deska do Marsa, Venere, asteroidnega pasu in drugod. Z infrastrukturo na površju Lune in v orbiti – ki bi lahko napolnila in popravila vesoljska plovila, ki se odpravljajo dlje v Osončje – bi lahko zbrisali milijarde stroškov misij v globoki vesolj.

To je eden od razlogov, zakaj NASA načrtuje vzpostavitev vesoljske postaje v orbiti Lune – Lunarna orbitalna platforma-gateway (LOP-G), oz. Lunar Gateway, prej znan kot Deep Space Gateway. To je tudi eden od razlogov, zakaj želi ESA z mednarodnimi partnerji zgraditi svojo Moon Village. Prav zaradi tega razloga Kitajska in Rusija razmišljata o lastnih površinskih ali orbitalnih postojankah.

Lunarne raziskave bi bile tudi zelo donosne. S preučevanjem učinkov nizke gravitacije na človeško telo bodo astronavti bolje pripravljeni na spopadanje z učinki dolgotrajnih vesoljskih potovanj, misij na Mars in drugih teles, kjer je nizek g realnost. Te študije bi lahko tudi pomagale utreti pot k ustanavljanju kolonij na teh telesih.

Tudi skrajna stran Lune predstavlja resne priložnosti za vse vrste astronomije. Ker je obrnjena stran od Zemlje, je skrajna stran Lune brez radijskih motenj, zaradi česar je odlična lokacija za radijske teleskope. Ker Luna nima atmosfere, bi bili tudi nizi optičnih teleskopov – kot je zelo velik teleskop ESO (VLT) v Čilu – brez motenj.

In potem imate interferometre – kot sta LIGO in Event Horizon Telescope (EHT), ki bi lahko z večjo učinkovitostjo iskali gravitacijske valove in slikali črne luknje. Izvedli bi lahko tudi geološke študije, ki bi razkrile veliko več o Luni in nastanku sistema Zemlja-Luna.

Umetnikov vtis o Moon Base Alpha, predvideni Lunini postojanki SpaceXa, ki je bila oskrbljena z ladjo Starship (aka. BFR). Zasluge: SpaceX

Obilje virov na Luni, kot so helij-3 ter različne plemenite in redke zemeljske kovine, bi lahko omogočilo tudi izvozno gospodarstvo. K temu bi pripomoglo dejstvo, da ima Luna veliko nižjo ubežno hitrost kot Zemlja – 2,38 km/s (1,5 mps) v primerjavi z 11,186 km/s (6,95 mps). To je posledica dejstva, da ima Luna del Zemljine gravitacije (0,1654g), kar pomeni, da bi bilo izstrelitev tovora v vesolje veliko cenejše.

Seveda pa nobeno lunarno gospodarstvo ne bi bilo popolno brez lunarnega turizma. Kolonija na površini in infrastruktura v orbiti bi naredili redne obiske Lune tako stroškovno učinkovite kot celo donosne. Ni si težko predstavljati, da bi to lahko vodilo do vzpostavitve vseh vrst prostočasnih dejavnosti – od letovišč in igralnic do muzejev in ekspedicij po površju.

S pravo vrsto zavezanosti v smislu virov, denarja in dela – da ne omenjam nekaterih resno pustolovskih duš! – nekoč bi lahko obstajala taka stvar, kot so Selenijci (ali kot Heinlein imenovali so jih 'Loonies').

Na Universe Today smo napisali veliko člankov o lunini kolonizaciji. tukaj Načrt Paula Spudisa za trajnostno in cenovno ugodno lunarno bazo , Zakaj najprej kolonizirati Luno? , Stabilna cev lave bi lahko zagotovila potencialni človeški habitat na Luni , in ESA načrtuje gradnjo mednarodne vasi ... Na Luni! .

Za več informacij si oglejte našo štiridelno serijo »Gradimo lunino bazo«:

Za vpogled v to, kakšno bi lahko bilo življenje in delo na Luni, si oglejte Kaj je Moon Mining ?, in To je pomembno! Učenci ugotavljajo, kako narediti pivo na Luni .

Astronomy Cast ima tudi nekaj lepih epizod na to temo. tukaj Epizoda 115: Luna, 3. del: Vrnitev na Luno .

Viri: