Najhladnejša mesta na Zemlji in v bližini ne stojijo blizu temperature mesečne noči - in zelo težko je ustvariti bazo, ki bo lahko zaščitila naseljence pred takšno temperaturo. Že desetletja je misel o kolonizaciji lune zaskrbela znanstvenike in daljnovidne ljudi. Na TV zaslonih in monitorjih so se pojavili različni koncepti lunarnih kolonij.
Morda bo lunina kolonija naslednji logični korak za človeštvo. To je naš najbližji sosed v zvezdah, ki je od nas oddaljen kakšnih 383.000 kilometrov, kar poenostavlja podporo vire. Poleg tega je na Luni presežek helija-3, idealno gorivo za termonuklearne reaktorje, ki jih je na Zemlji zelo malo.
Pot do stalne lunarne kolonije so teoretično skicirali različni vesoljski programi. Kitajska je izrazila zanimanje za iskanje baze na skrajni strani lune. Oktobra 2015 je postalo znano, da Evropska vesoljska agencija in Roscosmos načrtujeta številne misije na Luno, da bi ocenili možnosti za namestitev stalnih naselij.
Kljub temu ima naš satelit številne težave. Luna naredi en obrat v 28 zemeljskih dneh, lunarna noč pa traja 354 ur - več kot 14 zemeljskih dni. Dolg nočni cikel pomeni znaten padec temperatur. Temperature na ekvatorju se gibljejo od 116 stopinj Celzija podnevi do -173 stopinj ponoči.
Nočne lune bodo krajše, če se nahaja na severnem ali južnem polu. "Obstaja veliko razlogov za gradnjo takšne baze na polov, vendar je poleg ur sončne svetlobe treba upoštevati še druge dejavnike," pravi Edmond Trollope, inženir vesoljskih operacij pri Telespazio VEGA Deutschland. Tako kot na Zemlji je tudi na polovicah lahko zelo mrzlo.
Na lunarnih polov se bo Sonce premikalo po obzorju, ne po nebu, zato boste morali zgraditi stranske plošče (v obliki sten), kar bo zapletlo gradnjo. Veliko ravno podlago na ekvatorju bi zbralo veliko toplote, a da bi prišli do vročine na drogu, morate zgraditi navzgor, kar ni enostavno. "S smiselno lokacijo je temperaturne razlike mogoče enostavno nadzorovati," pravi Volcker Meiwald, znanstvenik iz nemškega letališkega vesoljskega centra DLR.
Promocijski video:
Široka variabilnost temperatur v ciklu podnevi in ponoči pomeni, da bodo lunarne podlage morale imeti ne le zadostno izolacijo pred mrazom in hladno toploto, temveč tudi za obvladovanje toplotnih napetosti in toplotne širitve.
Toplotna zaščita
Prve robotske misije na Luno, kot sovjetske misije na Luni, so bile zasnovane tako, da živijo en lunarni dan (dva zemeljska tedna). Pristanišče NASA Surveyor misij bi lahko nadaljevalo z delom naslednji lunarni dan. Toda škoda, ki je bila na komponentah storjena ponoči, pogosto ni mogla pridobiti znanstvenih podatkov.
Lunarni roverji istoimenskega vesoljskega vesoljskega programa, ki so ga izvedli v poznih 60. in 70. letih, so vključevali elemente radioaktivnega ogrevanja z domiselnim prezračevalnim sistemom, ki je vozil lahko živel do 11 mesecev. Lunarni roverji bi prezimovali ponoči in se izstrelili s soncem, ko bo sončna energija postala na voljo.
Ena od možnosti, da se izognemo visokim toplotnim nihanjem, je pokopati zgradbo v lunarnem regolitu. Ta praškasti material, ki pokriva površino Lune, ima nizko toplotno prevodnost in visoko odpornost na sončno sevanje. To pomeni, da ima močne izolacijske lastnosti in čim globlje je kolonija, tem višja je toplotna zaščita. Poleg tega, ker se bo osnova segrevala in se toplota na Luni zaradi pomanjkanja ozračja slabo prenašala, bo to zmanjšalo nadaljnji toplotni stres.
Toda čeprav je bila ideja o pokopu kolonije načeloma uspešno sprejeta, bo to v praksi neverjetno težka naloga. "Nisem še videl projekta, ki bi to rešil," pravi Volcker. "Šlo naj bi za robotska gradbena vozila, ki jih je mogoče nadzorovati na daljavo."
Vdelati ali pokriti?
Druga metoda, s katero je bilo mogoče doseči želeni rezultat, leži v samem tleh. Penetratorji, ki lahko prodrejo na površino med udarci, so že bili predlagani (vendar v manjšem obsegu) za več lunarnih misij, kot sta japonska Lunar-A in britanska MoonLite (projekt trenutno zamuja, čeprav je bila ideja o pristanku prodorna tako prepričljiva, da se je ESA odločil uporabiti za mehanizem za hitro dostavo vzorcev za analizo s površine in podzemlja planeta ali lune). Prednost tega koncepta je, da je podnožje zakopano na udarce, kar pomeni, da bo pred zaščito izpostavljeno razmeroma zmernim toplotnim razmeram.
Vendar bo težava z oskrbo z energijo še naprej, saj tipičen prodorni projekt ponuja le zelo omejene možnosti sončne energije. Obstajajo tudi težave z velikimi obremenitvami pri pospeševanju trka in visoko natančnostjo, ki je potrebna za vodenje. "Trčna sila, potrebna za vkopavanje konstrukcije, se bo zelo težko ujemala z zahtevanimi funkcijami posadke," pravi Trollope.
Druga možnost bi bila, da na kolonijo vlijemo lunarni regolit, po možnosti s stroji, kot so hidravlični bagri. Če pa želite to učinkovito, morate hitro delati.
Če lunarnega regolita ni mogoče preliti čez kolonijo, potem lahko nad njim namestite klobuk večplastne izolacije (MLI), kar bo preprečilo odvajanje toplote. MLI toplotnoizolacijski materiali se široko uporabljajo na vesoljskih plovilih in jih ščitijo pred mrazom v prostoru.
Prednost te metode je v tem, da omogoča uporabo sončnih nizov za zbiranje in shranjevanje energije v dvotedenskem lunarnem dnevu. Če pa se ne nabere dovolj energije, bo treba razmisliti o alternativnih metodah pridobivanja energije.
Termoelektrični generatorji bi lahko koloniji zagotavljali energijo v nočnem ciklu: čeprav so nizkega izkoristka, vendar nimajo težav z vzdrževanjem, saj nimajo gibljivih delov. Radioizotopni termoelektrični generatorji (RTG) ponujajo velik izkoristek in imajo zelo kompakten vir goriva. Toda bazo bo treba zaščititi pred sevanjem, hkrati pa ji omogočiti, da prenaša toploto. Logistika vgradnje odstranljivega generatorja radioaktivnih izotopov je preplavljena s težavami: nevarnosti bodo vse od vzleta z Zemlje do pristanka na Luni, skupaj s političnimi in varnostnimi vprašanji.
Lahko bi uporabili fisije reaktorje, vendar bo z njimi še več težav, tudi zgoraj navedenih.
In če se razvijejo termonuklearni reaktorji, jih lahko uporabimo tudi na Luni, glede na presežek helija-3. Prav tako lahko pridejo v poštev baterije, kot so litij-ionske baterije, če se v dvotedenskem nočnem ciklu proizvede dovolj sončne energije.
Obstaja ideja, da bi v nočnem ciklu na postaji na površini zagotovili moč z uporabo orbitela, ki bo oddajal energijo prek mikrovalov ali laserja. To idejo so raziskali pred 10 leti. Študija je ugotovila, da bo za veliko lunarno bazo, ki potrebuje stotine kilovatov energije, dobavljene iz orbite z 50-kilovatnim laserjem, rektenna (vrsta antene, ki pretvori elektromagnetno energijo v neposredni električni tok) premera 400 metrov, na satelitu - 5 kvadratnih metrov kilometrov sončnih panelov. Mednarodna vesoljska postaja je približno 3,3 kvadratnih metrov. km sončnih panelov.
Kljub pomembnim težavam pri gradnji kolonije, ki bo morala vzdržati močne nočne lunarne cikle, niso nepremostljive. S pravo toplotno zaščito in ustreznim sistemom za proizvodnjo energije v dolgi dvotedenski noči bi lahko imeli lunarno kolonijo v naslednjih dvajsetih letih. In potem lahko pogled usmerimo dlje.
