HVORDAN KOLONISERER VI MåNEN?

Send

Velkommen tilbage til vores serie om kolonisering af solsystemet! I dag ser vi på det nærmeste af himmelnaboerne til Jorden. Det stemmer, vi kigger på Månen!

Chancerne er, at vi alle har hørt om det mere end én gang i vores levetid og endda har nogle egne tanker om emnet. Men for rumfartsagenturer overalt i verden, futurister og private luftfartsselskaber, er ideen om at kolonisere Månen ikke et spørgsmål om "hvis", men "hvornår" og "hvordan". For nogle er etablering af en permanent menneskelig tilstedeværelse på Månen et spørgsmål om skæbne, mens for andre er det et spørgsmål om overlevelse.

Ikke overraskende foregik planerne for at etablere en menneskelig bosættelse både månelandingen og rumløbet. I de sidste par årtier er mange af disse planer blevet støvet af og opdateret takket være planer for en fornyet æra med måneforskning. Så hvad skal det til for at etablere en permanent menneskelig tilstedeværelse på Månen, hvornår kunne det ske, og er vi op til den udfordring?

Allerede inden der blev fremsat forslag om månekolonier, blev ideen om menneskeheden, der bor på Månen, udforsket i vid udstrækning med fiktion, med eksempler, der går tilbage i et århundrede. Derudover var der betydelige spekulationer så sent som i begyndelsen af det 20. århundrede om, at Månen allerede kan være beboet af oprindelige livsformer (meget som hvad man troede om Mars).

Eksempler i fiktion:

Mellem 1940'erne og 1960'erne skrev science fiction-forfatter Robert A. Heinlein i vid udstrækning om de første rejser og eventuel kolonisering af Månen. Disse omfattede flere noveller fra 1940'erne, der beskriver, hvordan livet ville være i bosættelser på "Luna" (det navn, der almindeligt bruges af Heinlein til at beskrive en koloniseret måne).

I 1966 frigav Heinlein den Hugo prisvindende roman, Månen er en hård elskerinde, der fortæller historien om efterkommere fra en månekonfliktkoloni, der kæmper for uafhængighed fra Jorden. Denne historie fik bred anerkendelse for den måde, den kombinerede politiske kommentarer med emner som rumforskning, bæredygtighed og kunstig intelligens. Det var også i dette værk, at Heinlein opfandt udtrykket “TANSTAAFL” - et forkortelse for “Der er ikke noget sådant som en gratis frokost”.

I 1985 frigav Heinlein Katten, der går gennem vægge, hvor meget af bogen finder sted på en fri Luna, efter at den vandt sin kamp for uafhængighed og inkluderer figurer fra nogle af hans tidligere værker.

Månekolonisering blev også undersøgt i fiktion af den sene og store Arthur C. Clarke. Dette inkluderede novellen Earthlight (1955), hvor en bosættelse på Månen befinder sig fanget midt i en krig mellem Jorden og en alliance mellem Mars og Venus. Dette blev efterfulgt af Et fald af moondust (1961), der indeholder et måneskib fuld af turister, der synker ned i et hav af Moondust.

I 1968 samarbejdede Clarke med instruktør Stanley Kubrick for at skabe science fiction-filmen 2001: A Space Odyssey, hvor en del af plottet finder sted i en amerikansk månekoloni, der sættes i karantæne, efter at der findes et objekt af fremmed oprindelse i nærheden. Clarke uddybede dette i den nye version, der blev frigivet samme år. En månekoloni nævnes også i Clarkes Nebula og Hugo prisvindende roman Rendezvous med Rama (1973).

Stipendiat sci-fi-stor Ursula K. Le Guin inkluderer også en månekoloni i hendes roman fra 1971 Himlenes drejebænk, der vandt Locus Award for bedste roman i 1972 og blev tilpasset til film to gange (1980 og 2002). I en alternativ virkelighed er månebaser etableret i 2002 og derefter angrebet af en fjendtlig fremmed art fra Aldebaran (som i en anden virkelighed er godartet).

I 1973 frigav den afdøde og store Isaac Asimov romanen Gudene siger, hvor den tredje sektion finder sted i en månebygning i det tidlige 22. århundrede.The Lunatics (1988) af Kim Stanley Robinson (forfatter af Røde Mars trilogi, 2312 og Aurora) centrerer om en gruppe af slaverne minearbejdere, der tvinges til at arbejde under månens overflade og iværksætter et oprør

I novellen 1995 “Byrd Land Six” af Alastair Reynolds nævnes en Månekoloni med en økonomi centreret omkring udvindingen af helium-3. I 1998 frigav Ben Bova Moonrise og Moonwar, to romaner, der centrerede sig om en månebase, der er etableret af et amerikansk selskab, og som til sidst oprør mod Jorden. Disse er en del af hans ”Grand Tour” -serie, der samlet beskæftiger sig med koloniseringen af solsystemet.

I 2017 Andy Weir (forfatter af Marsmanden) frigivet Artemis, en roman i en måneby, hvis økonomi er bygget op omkring måneturismen. Der lægges stor vægt på detaljerne i det daglige liv på Månen, der inkluderer beskrivelser af et atomkraftværk, et aluminiumsmelter og en iltproduktionsanlæg.

Forslag:

Det tidligste registrerede eksempel på mennesker, der lever på Månen, blev lavet i det 17. århundrede af biskop John Wilkins. I hans En diskurs om en ny verden og en anden planet (1638) forudsagde han, at mennesker en dag ville lære at mestre flugt og oprette en månekoloni. Imidlertid kom detaljerede og videnskabeligt baserede forslag først i det 20. århundrede.

I 1901 skrev H.G. Wells De første mænd i månen, der fortæller historien om indfødte månebeboere (selenitter) og inkluderer elementer af ægte videnskab. I 1920 skrev Konstantin Tsiolkovsky (hyldet af mange for at være "far til astronautik og raketri") romanen Uden for Jorden. Denne roman fortæller historien om mennesker, der koloniserer solsystemet og beskriver detaljeret, hvordan livet ville være i rummet.

Med begyndelsen af Space Race i 1950'erne er et antal koncepter og design blevet foreslået af forskere, ingeniører og arkitekter. I 1954 foreslog Arthur C. Clarke oprettelsen af en månebase bestående af oppustelige moduler dækket af månestøv til isolering. Kommunikation ville blive opretholdt med astronauter i marken ved hjælp af en oppustelig radiomast.

Over tid skulle der bygges en større, permanent kuppel, der var afhængig af en algebaseret luftrenser, en atomreaktor til magt og elektromagnetiske kanoner for at udsætte last og brændstof til fartøjer i rummet. Clarke ville undersøge dette forslag yderligere med sin novelle fra 1955 Earthlight.

I 1959 lancerede den amerikanske hær en undersøgelse kendt som Project Horizon, en plan for at etablere et fort på Månen i 1967. Planen forudså en første landing udført af to "soldat-astronauter" i 1965, efterfulgt af bygningsarbejdere og last leveret ved hjælp af iterationer af Saturn I raket kort derefter.

I 1959 foreslog John S. Rinehart - daværende direktør for Mining Research Laboratory ved Colorado School of Mines - en månestruktur, der kunne “[flyde] i et stationært hav af støv”. Dette var som svar på den daværende populære teori om, at der var oceaner af regolit, der var op 1,5 km (en mil) dybt på Månen.

Dette koncept blev skitseret i Rineharts undersøgelse, "Grundlæggende kriterier for månebygning", i Journal of the British Interplanetary Society, hvor han beskrev en "flydende base" bestående af en halvcylinder med halvkuppler i begge ender og et mikrometeoroidskærm placeret ovenfor.

I 1961, samme år som præsident Kennedy annoncerede Apollo-programmet, frigav den amerikanske luftvåben en hemmelig rapport baseret på den forrige vurdering af en månens militærbase foretaget af den amerikanske hær. Kendt som Lunex-projektet krævede planen en månelanding af besætningen, der til sidst ville føre til en underjordisk flyvåbenbase på Månen i 1968.

I 1962 offentliggjorde John DeNike (programleder for NASAs avancerede programmer) og Stanley Zahn (teknisk direktør for Lunar Basing Studies i Martin Company's Space Division) en undersøgelse med titlen "Lunar Basing". Deres koncept opfordrede til en underoverfladebase beliggende ved Havet af ro, det fremtidige landingssted for Apollo 11 mission.

Ligesom Clarkes forslag ville denne base stole på atomreaktorer til kraft og et algebaseret luftfiltreringssystem. Basen består af 30 habitatmoduler fordelt på syv boområder, otte driftsområder og 15 logistikområder. den samlede base måler 1300 m² (14.000 ft²) i størrelse, der kunne rumme 21 besætningsmedlemmer.

I løbet af 1960'erne producerede NASA flere undersøgelser, der foreslog oprettelsen af levesteder inspireret af Apollo-programmets missionsarkitektur (især Saturn V raket og derivater deraf). Disse planer forudså, at rumstationsmoduler placeres på månens overflade og bruger eksisterende design og teknologi for at skære omkostninger og sikre pålidelighed.

I 1963 i løbet af den 13. Forløb af Lunar and Planetetary Exploration Colloquium, William Sims producerede en undersøgelse med titlen “Architecture of the Lunar Base”. Hans design opfordrede til, at der bygges et habitat under væggen i et slagkrater med et landingsfelt i nærheden for rumfartøjer. Habitatet ville være tre etager højt med opper niveau giver et overblik over overfladen gennem vinduer.

Disse vinduer tillader også lys at komme ind i levestederne og ville være isoleret med vandtanke til strålingsbeskyttelse. Kraft skulle leveres af atomreaktorer, mens sektioner af habitatet ville være dedikeret til at tilvejebringe kontorlokaler, værksteder, laboratorier, opholdsområder og en gård til at producere så meget af besætningens mad som muligt.

Men måske det mest indflydelsesrige design i Apollo-æraen var den to-bindende "Lunar Base Synthesis Study", afsluttet i 1971 af luftfartsfirmaet North American Rockwell. Undersøgelsen producerede et konceptuelt design til en serie af Lunar Surface Bases (LSB), der var afledt af en beslægtet undersøgelse af en kredsende månestation.

I de senere år har flere rumfartsbureauer tegnet forslag til opbygning af kolonier på Månen. I 2006 annoncerede Japan planer for en månebase i 2030. Rusland fremsatte et lignende forslag i 2007, som skulle bygges mellem 2027-32. I 2007 foreslog Jim Burke fra Det Internationale Rumuniversitet i Frankrig at oprette en Lunar Noah's Ark for at sikre, at den menneskelige civilisation ville overleve en kataklysmisk begivenhed.

I august 2014 mødtes repræsentanter fra NASA med branchens ledere for at diskutere omkostningseffektive måder at opbygge en Lunar-base i de polære regioner i 2022. I 2015 skitserede NASA et koncept for måneforebyggelse, der ville stole på robotarbejdere (kendt som Trans -Formere) og heliostatser for at skabe en månebygning omkring Månens sydlige polære region.

I 2016 foreslog ESA-chef Johann-Dietrich Wörner oprettelsen af en international landsby på Månen som efterfølger for den internationale rumstation. Oprettelsen af denne landsby ville stole på de samme inter-agentur partnerskaber som ISS samt partnerskaber mellem regeringer og private interesser.

Udfordringer:

Det siger sig selv, at oprettelsen af en månekoloni ville være et massivt engagement med hensyn til tid, ressourcer og energi. Mens udviklingen af genanvendelige raketter og andre foranstaltninger reducerer omkostningerne ved individuelle lanceringer, er det stadig et meget dyrt venture at sende nyttelast til Månen - især hvor flere tunge lanceringer ville blive krævet.

Der er også spørgsmålet om de mange naturlige farer, der stammer fra at leve på et legeme som månen. Disse inkluderer ekstreme temperaturer, hvor den solvendte side oplever højder på 117 ° C (242 ° F), mens den mørke side har lavtemperatur på -43 ° C (-46 ° F). Det meste af månens overflade er også udsat for påvirkninger fra meteoroider og mikrometeoroider.

Månen har også en atmosfære, der er svag, den er praktisk talt vakuum. Dette er en del af grunden til, at månen går gennem sådanne ekstreme temperaturer, og hvorfor overfladen er markeret af påvirkninger (dvs. der er ingen atmosfære for meteorer at brænde op i). Det betyder også, at enhver bosættelse skal være lufttæt, under tryk og isoleret mod det ydre miljø.

Manglen på en atmosfære (såvel som en magnetosfære) betyder også, at overfladen udsættes for langt mere stråling end hvad vi er vant til her på Jorden. Dette inkluderer solstråling, som bliver meget værre under en solhændelse, og kosmiske stråler.

Mulige metoder:

Siden begyndelsen af rumalderen er der fremsat flere forslag til, hvordan og hvor en månekoloni kunne bygges. Hvor er særlig vigtig, da enhver afvikling skal give en grad af beskyttelse mod elementerne. Som det siges, er de tre vigtigste overvejelser inden for fast ejendom: "placering, placering og placering."

Af denne grund er der i årenes løb blevet fremsat flere forslag om at konstruere månens levesteder på steder, der ville muliggøre naturlig beskyttelse og / eller indeslutning. I øjeblikket er den mest populære af disse sydpolens Aitken-bassin, en massiv påvirkningsregion omkring Månens sydlige polære region, der er kraftigt krateret.

Et af de vigtigste træk i denne region er det faktum, at det er permanent skygge, hvilket betyder, at det oplever meget mere stabile temperaturer. Derudover har flere missioner bekræftet tilstedeværelsen af vandis i regionen, som kunne høstes for at fremstille alt fra brint (eller hydrazene) brændstof og iltgas til drikkevand og vandingsvand.

Derudover vil ethvert forsøg på at kolonisere månen være nødt til at udnytte teknologier som additiv produktion (alias 3D-udskrivning), robotarbejdere og telepresence. Basen (eller baserne) skal også fremstilles og leveres så meget som muligt ved hjælp af lokale ressourcer, en metode, der er kendt som ressourceudnyttelse in situ (ISRU).

NASA og ESA har udforsket konceptet i mange år, og begge har produceret deres egne metoder til at omdanne månens regolit og andre ressourcer til anvendelige materialer. F.eks. Siden 2013 har ESA samarbejdet med det arkitektoniske designfirma Foster + Partners om at designe deres International Moon Village.

Deres foreslåede metode til opbygning af denne base består af at placere oppustelige rammer på overfladen, som derefter ville være dækket med en form for beton fremstillet af månens regolit, magnesiumoxid og et bindende salt. NASA har foreslået en lignende metode, der kræver robotarbejdere, der bruger “sintret” regolith til 3D-printbaser. Dette består af smeltende regolit ved at bombardere det med mikrobølger og derefter udskrive det som et smeltet keramik.

Andre ideer involverer bygning af levesteder i jorden og har et øverste niveau, der giver adgang til overfladen og giver mulighed for naturligt lys i. Der er endda forslaget om at bygge månebygninger i stabile lavarør, som ikke villeyder kun beskyttelse imod vakuumet for plads og stød, men kunne trykkes med større lethed.

Der er endda forslaget om en solenoid månebase, der ville give sin egen strålingsafskærmning. Dette koncept blev præsenteret af civilingeniør Marco Peroni på AIAAs rum- og astronautikforum 2017 og Exposition 2017 og består af gennemsigtige kupler omgivet af en torus med højspændingsledninger. Denne torus ville tilvejebringe aktiv magnetisk afskærmning mod stråling og ville gøre det muligt at opføre bygninger hvor som helst på overfladen.

Mængden af is omkring de polære regioner vil give bosættere en stabil vandkilde til drikkevand, kunstvanding og kan endda forarbejdes til at producere brændstof og åndbart ilt. Der kræves et strengt genanvendelsesregime for at sikre, at affald holdes på et minimum, og komposteringstoaletter vil sandsynligvis blive brugt i stedet for skylletoiletter.

Disse komposteringstoaletter kunne kombineres med månens regolit for at skabe voksende jord, som derefter kunne overrisles med lokalt høstet vand. Dette ville være vigtigt, da månekolonisterne ville have brug for at dyrke meget af deres egen mad for at reducere antallet af forsendelser, der skulle sendes fra Jorden regelmæssigt.

Månevand kunne også bruges som en strømkilde, hvis kolonierne er udstyret med elektrolysebatterier (hvor vandmolekyler er opdelt i brint og ilt og brintet brændes). Andre strømkilder kan omfatte solpaneler, som kunne bygges omkring kratternes fælge og kanalisere strøm til bebyggelserne inden for dem.

Rumbaseret solenergi ville også være i stand til at give rigelig energi til bosættelser over hele månelandskabet. Atomreaktorer er en anden mulighed, ligesom fusionsreaktorer (tokamak) er. Denne sidstnævnte mulighed er især attraktiv i betragtning af at Helium-3 (en strømkilde til fusionsreaktorer) er mere rigelig på månens overflade end på Jorden.

Potentielle fordele:

For at være retfærdig har etablering af en koloni på nogen af de himmellegemer i vores solsystem nogle alvorlige potentielle fordele. Men at have en koloni på det nærmeste himmellegeme til Jorden ville være særligt fordelagtigt. Ikke kun ville vi være i stand til at udføre forskning, udtrække ressourcer og høste fordelene ved nye teknologier, hvis en base på Månen ville lette missioner og koloniseringsbestræbelser på andre planeter og måner.

Kort sagt kan en koloni på Månen fungere som springbræt til Mars, Venus, Asteroidebæltet og videre. Ved at have infrastruktur på månens overflade og i kredsløb - som kunne tanke tank og reparere rumfartøjer, der kører længere ud i solsystemet - kunne vi barbere milliarder af omkostningerne ved dybe pladsopgaver.

Dette er en af grundene til, at NASA planlægger at etablere en rumstation i Månens bane - Lunar Orbital Platform-Gateway (LOP-G), alias. Lunar Gateway, tidligere kendt som Deep Space Gateway. Det er også en af grundene til, at ESA ønsker at bygge sin Moon Village sammen med internationale partnere. Kina og Rusland overvejer også deres egen overflade eller orbitale udposter af denne præcise grund.

Måneforskning ville også være meget indbringende. Ved at studere virkningerne af lav tyngdekraft på den menneskelige krop, vil astronauter være bedre forberedt på at håndtere virkningerne af langvarig rumfart, missioner til Mars og andre organer, hvor lav-g er en realitet. Disse undersøgelser kunne også hjælpe med at bane vejen mod etablering af kolonier på disse organer.

Langs side af Månen giver også alvorlige muligheder for alle slags astronomi. Da den vender væk fra Jorden, er månens yderside fri for radiointerferens, hvilket gør det til en førsteklasses placering for radioteleskoper. Da månen ikke har nogen atmosfære, ville optiske teleskoparrays - som ESOs Very Large Telescope (VLT) i Chile - også være fri for interferens.

Og så har du interferometre - som LIGO og Event Horizon Telescope (EHT), der ville være i stand til at søge efter gravitationsbølger og billedsorte huller med større effektivitet. Der kunne også udføres geologiske undersøgelser, der ville afsløre meget mere om Månen og dannelsen af Jord-Mån-systemet.

Mængden af ressourcer på Månen, såsom helium-3 og forskellige ædle og sjældne jordartsmetaller, kunne også give mulighed for en eksportøkonomi. Dette ville blive hjulpet af det faktum, at Månen har en meget lavere flugthastighed end Jorden - 2,38 km / s (1,5 mps) sammenlignet med 11.186 km / s (6,95 mps). Dette skyldes, at Månen har en brøkdel af Jordens tyngdekraft (0,1654) g), hvilket betyder, at det ville være langt billigere at sætte nyttelast i rummet.

Men selvfølgelig ville ingen månekonomi være komplet uden måneturismen. En koloni på overfladen plus infrastruktur i kredsløb ville gøre regelmæssige besøg på Månen både omkostningseffektive og endda rentable. Det er ikke svært at forestille sig, at dette kunne føre til etablering af alle slags fritidsaktiviteter - lige fra resorts og kasinoer til museer og ekspeditioner overalt.

Med den rette form for engagement med hensyn til ressourcer, penge og arbejde - for ikke at nævne nogle alvorligt eventyrlystne sjæle! - der kunne være sådan noget som selenere en dag (eller som Heinlein kaldte dem "Loonies").

Vi har skrevet mange artikler om månekolonisering her på Space Magazine. Her er Paul Spudis 'plan for en bæredygtig og overkommelig månebase, hvorfor kolonisere månen først?, Stabil lava-rør kunne give et potentielt menneskeligt levested på månen, og ESA planlægger at opbygge en international landsby ... på månen !.

For mere information, se vores firedelt serie, "Bygge en månebase":

Bygning af en månebase: Del 1 - Udfordringer og farer
Opbygning af en månebase: Del 2 - Habitatkoncepter
Bygning af en månebase: Del 3 - Strukturelt design
Building Moon Base: Del 4 - Infrastruktur og transport

For at få et glimt af, hvordan liv og arbejde kan være på Månen, skal du tjekke Hvad er Moon Mining ?, og dette er vigtigt! Studerende finder ud af, hvordan man laver øl på månen.

Astronomy Cast har også nogle dejlige episoder om emnet. Her er afsnit 115: Månen, del 3: Vend tilbage til månen.

Kilder: