المهام للقاعدة القمرية

في المقال السابق ، تحدثنا عن كيفية قيام ناسا ببناء محطة عبّارة في مدار القمر ، وما هي الوظائف التي يمكنها القيام بها. كجزء من برنامج Artemis ، يتم حاليًا النظر في عمليات الهبوط فقط ، ولكن بمعنى عالمي ، يجب أن يكون بناء قاعدة القمر الخطوة المنطقية التالية. سنبحث هنا عن المهام التي ستحلها ، وكيف يمكن بناؤها وما هي الفوائد التي يمكن أن تجلبها.


قاعدة القمر كما قدمها فنان وكالة الفضاء الأوروبية

مكان

على عكس الرحلات الاستكشافية ، التي يمكن أن تهبط نظريًا في أي مكان ، فإن اختيار الموقع مهم جدًا للتسوية الدائمة. سيتم استخدام مزاياها ، وستظل عيوبها قائمة لسنوات. وتحدد معلمات المدار القمري العديد من الأماكن الأكثر إثارة للاهتمام للقاعدة.



الأعمدة. نظرًا لحقيقة أن محور دوران القمر يكون عموديًا تقريبًا على المسير الشمسي ، في كلا القطبين هناك مناطق مضاءة باستمرار ، والأماكن التي لا تسقط فيها أشعة الشمس على الإطلاق. تعتبر المناطق المضيئة مرشحة واضحة لوضع الألواح الشمسية للقاعدة القمرية ، وفي المناطق الليلية الأبدية ، يتم العثور على جليد الماء مباشرة على السطح وهو الأكثر ملاءمة لاستخراجه واستخدامه في المزرعة. تقع الأماكن الأكثر إثارة للاهتمام في القطب الجنوبي: ذروة Malapert ، التي تضاء عليها الشمس 74 ٪ من السنة القمرية ، وشاكلتون كريتر ، وتقع في منطقة الليل الأبدية.


القطب الجنوبي للقمر ، صورة JAXA

حقيقة مثيرة للاهتمام: سطح القمر مع ارتفاع درجات الحرارة إلى 127 درجة مئوية خلال النهار ، ويبرد إلى -173 درجة مئوية في الليل. لكن بعثات أبولو وجدت أنه على عمق أكثر من نصف متر ، لا تتغير درجة الحرارة عملياً. بالفعل على عمق 50 سم ، أظهرت القياسات -24 درجة مئوية ، وفي نهاية مسبار 120 سم كانت درجة الحرارة -16 درجة مئوية. ومع ذلك ، فإن جليد الماء ينجرف بوضوح نحو القطبين ويوجد هناك بكميات أكبر بكثير.

الطرف الاستوائي. الطرف هو حافة القرص القمري عند مشاهدته من الأرض. نظرًا لحقيقة تحول القمر إلى الأرض من جانب واحد ، تجمع منطقة الأطراف بين مزايا الجانب المرئي (الاتصال المستمر دون الحاجة إلى أجهزة التكرار) والعكس (لا يوجد تداخل لاسلكي للأرض ، والذي يتداخل بشكل خطير مع التلسكوبات الراديوية). وعلى عكس القطبين ، يسمح خط الاستواء بملاحظات فلكية لكامل الكرة السماوية. في ناسا ، تم اعتبار شوبرت كريتر في بحر سميث في الطرف الشرقي وريتشيولي كريتر في الغرب أماكن يحتمل أن تكون مثيرة للاهتمام للقاعدة القمرية.


بحر سميث ، منظر من الأرض

تصميم

قاعدة القمر ، ناسا التوضيح

ستكون القاعدة القمرية أول مستوطنة بشرية على جسم سماوي آخر. ربما في يوم من الأيام مع الخبرة سيكون هناك حلول نموذجية لكواكب وأقمار صناعية مختلفة ، ولكن حتى الآن أفضل الطرق غير معروفة ، ويؤدي خيال المصممين إلى مجموعة متنوعة من الخيارات التي لها إيجابيات وسلبيات.

كيف تختلف الحياة على القمر عن الأرض المعتادة؟ عدم وجود الغلاف الجوي لا يؤدي فقط إلى الحاجة إلى بدلات الفضاء. جو الأرض يحمينا من النيازك والإشعاع الكوني. لذلك ، فإن العديد من مشاريع القواعد القمرية تشير إلى الحماية ضد كل من العوامل الخطيرة. يمكن أن تكون الخيارات مختلفة تمامًا - لقد تم اقتراح وضع الوحدات الأساسية في الخنادق أو حفر نفق في جدار الحفرة ووضع القاعدة في كهوف من صنع الإنسان. يمكنك أيضًا إنشاء سقف في مكانه وتصب منهجًا. وفي الوقت نفسه ، كانت هناك أيضًا مشاريع لوحدات قائمة بذاتها ، سيتم ضمان حمايتها من خلال حلول بناءة.

علاوة على ذلك ، تتمثل مشكلة القاعدة الثابتة في أنه سيتم استكشاف المناطق المحيطة بسرعة كافية ، وسوف يتعين على البعثات التحرك أبعد وأبعد لجمع بيانات جديدة للبحث. تم اقتراح هذه المشكلة أيضًا لحلها بطرق مختلفة. الحل الواضح هو إضافة مركبات لجميع التضاريس إلى مجموعة التروس الخاصة بك. ولكن كان هناك المزيد من الخيارات الأصلية عندما أرادوا جعل القاعدة المتنقلة ، وتنفيذها في شكل قطارات الطرق أو حتى المركبات العملاقة مجنزرة.


مشروع القاعدة القمرية في بداية القرن الحادي والعشرين

بالطبع ، كان لتكنولوجيا القرن الحادي والعشرين تأثير على مشاريع القواعد القمرية. يبدو مشروع وكالة الفضاء الأوروبية ، الذي تم نشره في عام 2014 ، متطورًا تمامًا ويجسد عددًا كبيرًا من الأفكار المحتملة الناجحة. بادئ ذي بدء ، تم بناء قاعدة على الفور مع الحد الأدنى من تورط الإنسان. هذا مفيد لأنه من السهل نسبياً التحكم في الروبوتات من الأرض ، يمكنك البناء دون تسرع لا لزوم له ، وسوف يطير الناس إلى موقع تم إعداده بالفعل. الفكرة الثانية هي استخدام وحدات قابلة للتحويل يتم تسليمها في حالة مطوية ، منتفخة ومغلقة مع regolith من الخارج. في الواقع ، في وجود مواد البناء المحلية ، من المنطقي استخدامها ، وليس حمل كل شيء معك. الفكرة الثالثة هي الاستخدام الفعال للطباعة ثلاثية الأبعاد في البناء. إن الغلاف الخارجي للقاعدة في صورة جدار محمل ، مطبوع على طابعة ثلاثية الأبعاد ، أفضل بكثير من فكرة سكب الصهر على الوحدات. في عام 2013 ، تمت طباعة جدار يزن طن ونصف من جهاز محاكاة للتربة القمرية في وكالة الفضاء الأوروبية. من الغريب أنه في ظروف الفضاء ، من الممكن طباعة ذوبان ريجولث مباشر بأشعة الشمس ، وقد أجريت هذه التجارب في السنوات الأخيرة. في عام 2017 ، قام المركز الألماني للفضاء في كولونيا بطباعته ، مما أدى إلى تسخين النظام إلى 1000 درجة مئوية. أيضًا في إطار مشروع RegoLight ، تم اختبار النماذج الأولية لرؤوس الطباعة المتحركة بنجاح. في عام 2019 ، استضافت ناسا مسابقة الطباعة ثلاثية الأبعاد للمباني المناسبة للقمر أو المريخ.

المهام

ماذا ستفعل القاعدة القمرية؟ عدة اتجاهات يحتمل أن تكون واضحة بالفعل.

بادئ ذي بدء ، ستتعلم الإنسانية العيش على جسم سماوي آخر. الناس ليسوا أول من يستكشف المناطق غير الودية ؛ فعلى الأرض في العصور القديمة ، انتشر ممثلو العاقل من البشر من القطب الشمالي البارد إلى جزر بولينيزيا ، وخلقوا في كل مكان تقنيات للحياة في ظروف جديدة. وفي الوقت نفسه ، فإن الظروف المعيشية على القمر والمريخ قريبة جدًا ، ويمكن استخدام التقنيات المطورة للقاعدة القمرية لاستعمار الكوكب الأحمر. في الوقت نفسه ، هناك صعوبات فريدة بالنسبة للقمر. أدى تأثير الغلاف الجوي للأرض وحتى المريخ إلى تآكل الصخور ، وفركت الحبيبات الرملية ضد بعضها البعض وأصبحت أكثر سلاسة. وتتشكل الصخور القمرية من مادة ذات خواص عالية للغاية. غبار القمر شائك للغاية لدرجة أن جميع رواد الفضاء الـ 12 الذين هبطوا على سطح الأرض في برنامج أبولو أبلغوا عن "حساسية القمر" - التهاب الحلق والعينين وسيلان الأنف والعطس ، الذي لم يمر إلا بعد بضعة أيام. بالنسبة للأشخاص الذين سيعملون لفترة طويلة على سطح القمر ، سيصبح الغبار الموجود في كل مكان تهديدًا خطيرًا - يمكن أن يتلف أنسجة الرئة وحتى نظريًا لديه فرصة للدخول إلى مجرى الدم وإصابة أعضاء أخرى ، حتى الدماغ. يجب أن يكون غبار القمر الكاشف أيضًا صعبًا على أجزاء متحركة من الآليات. ولكن ما مدى خطورة هذا التأثير ، فمن الضروري التحقق من ذلك عملياً ، لأن أجهزة محاكاة regolith الحالية ليست جيدة بما فيه الكفاية - غبار القمر له شحنة كهربائية ، وللمحاكاة القائمة على البازلت الأرضي التي يتم إنتاجها الآن خصائص مماثلة للكهرباء الساكنة أو خواص سطح. كما أن الطحن الميكانيكي للصخور لإنشاء محاكي للتربة القمرية يولد الغبار بخصائص كاشطة أقل بكثير من غبار القمر.


مصنع الأوكسجين التلقائي على سطح القمر ، واحدة من مشاريع قاعدة ناسا

علاوة على ذلك ، ستتيح لك القاعدة الموجودة على الجسم السماوي دراسة طرق استخدام الموارد المحلية. بالإضافة إلى استخدام التربة للبناء الموضحة أعلاه ، هناك خيارات أخرى ممكنة. يحتوي regolith القمري على 42٪ أكسجين ، 21٪ سيليكون ، 13٪ حديد ، 7٪ ألمنيوم ، من المستحسن للغاية معرفة كيفية استخراج هذه المواد واستخدامها. ويشمل ذلك أيضًا العمل على إنشاء أنظمة دعم الحياة المغلقة - فكلما لم يتم تسليم المزيد من المواد والمعدات من الأرض ، ولكن سيتم إنتاجها محليًا ، سيكون تطوير المريخ والأجرام السماوية الأخرى أقرب.

الدور الثالث المحتمل للقاعدة القمرية هو اللوجستي. في غياب الغلاف الجوي ، من الممكن بناء مركبات إطلاق صواريخ وإطلاق حمولات في المدار باستخدام مدفع غاوسي أو مسدس سكة حديد (مسرع الكتلة الكهرومغناطيسية). ولكن أي نوع من البضائع؟ للأسف ، على عكس العديد من الأعمال الرائعة ، ليس لاستخراج الهليوم -3 على القمر أي معنى اقتصادي أو مادي. بادئ ذي بدء ، يتم تشكيل الهليوم -3 بشكل طبيعي في تحلل التريتيوم ، والذي بدوره يستخدم في الأسلحة النووية. في عام 2010 ، قدّر الاستهلاك العالمي السنوي للهيليوم 3 بنحو 40 ألف لتر ، وتراوحت الأسعار في السنوات الأخيرة بين مئات وآلاف الدولارات للتر ، في حين أن استخراج الهليوم 3 على سطح القمر وإيصاله إلى الأرض سيكلفان عدة مرات. ثانياً ، من الأسهل استخراج الذهب من الجزء السفلي من البحر الأحمر - حيث يوجد 5 غرامات من الذهب لكل طن من الطمي ، وتقدر كمية الهليوم -3 في النظام القمري بـ 1 غرام لكل 100 طن. وأخيرًا ، يتطلب متغير تفاعل الانصهار النووي باستخدام الهيليوم 3 درجة حرارة أعلى بكثير من الديوتيريوم - التريتيوم ، لذلك يصعب تنفيذه كثيرًا - لا يمكن للمواد الموجودة تحمل درجة حرارة تفاعل الديوتيريوم التريتيوم لفترة طويلة ، علاوة على ذلك ، لن تتعامل مع الخيار باستخدام الهيليوم 3. في الوقت نفسه ، فإن المعنى الاقتصادي للقاعدة القمرية ممكن . لكن الوقود اللازم للتزود بالوقود يمكن أن يكون شحنة مفيدة. في الصحراء ، يكون الماء أكثر قيمة من الذهب ، وفي فراغ الفضاء ، أحد أكثر الأشياء الثمينة هو توفير الوقود. والنظام ، عندما ترسو المركبة الفضائية قبل السفر إلى كواكب أخرى بمحطة قريبة من القمر وتزود بالوقود المستخرج من القمر ، يمكن أن تكون فعالة من الناحية النظرية.


القمر المتقن ، إطار من لعبة Anno 2205. في اللعبة ، يتم بناء قاعدة القمر فقط لاستخراج الهليوم 3

وأخيرًا ، ستجمع القاعدة القمرية البيانات العلمية. إن جيولوجيا القمر مهمة للغاية ، لأنه لا تزال هناك خلافات حول أصل قمرنا الصناعي. حتى الآن ، فإن فرضية الاصطدام العملاق ، عندما اصطدمت الأرض الأولية بجسم سماوي بحجم المريخ ، تؤكدها الحقائق. ولكن هناك أيضًا حقائق تستجيب لها هذه الفرضية بشكل ضعيف ، وبالتوازي مع ذلك هناك إصدارات أخرى: أن القمر انفصل عن الأرض الأولية السريعة الدوران ، أو أن كلا الأجرام السماوية تشكلتا في نفس الوقت. أيضا ، ربما يكون القمر نتيجة تصادم للعديد من البروتونات أو نشأ بسبب قصف نيزك. ستسمح لك القاعدة القمرية بجمع بيانات عن جيولوجيا القمر ، وربما توافق أخيرًا على إحدى الفرضيات باعتبارها الأكثر صلة بالحقائق المرصودة. نتيجة مليارات السنين من التعرض للفراغ والإشعاع الشمسي على صخور القمر هي أيضا مثيرة للاهتمام للغاية. بالإضافة إلى الجيولوجيا ، تعتبر الظروف القمرية ملائمة للرصدات الفلكية - يمكن إغلاق التلسكوب الراديوي من التداخل من الأرض بسبب عائق طبيعي ، وسيعمل التلسكوب البصري في ظروف مثالية دون تدخل في الغلاف الجوي ، ولن يتم حظر التلسكوبات بالأشعة السينية والموجة الطويلة من الجو. أيضا ، سوف الخصائص الفريدة تعطي عمل التلسكوبات الأرضية والقمرية في وضع التداخل. تتيح لك مسافة تزيد قليلاً عن ثانية واحدة من الضوء بين الأرض والقمر إنشاء تلسكوبات بدقة فريدة. كان العمل على مسافات قابلة للمقارنة في وضع مقياس التداخل Specter-R "أكثر وضوحًا" بألف مرة من "هابل" ، وسيكون للتلسكوب الراديوي القمري خصائص مماثلة ، وفي المدى البصري ، يمكنك إنشاء مجمع أكثر حدة بمقدار 60 مرة من الأرض المعتادة.

استنتاج

على الرغم من حقيقة أن القاعدة القمرية لا تزال مسألة مستقبل غير بعيد ، إلا أنه من الواضح الآن ما هو المقصود منها ، والعمل جارٍ بالفعل لإنشاء تكنولوجيات سيتم استخدامها عليها.

المواد المعدة لمجلة "الكون ، الفضاء ، الزمن" ، التي نشرت في طبعة المؤلف.