Tâches pour la base lunaire

Dans l' article précédent, nous avons expliqué comment la NASA allait construire une station passerelle sur l'orbite de la lune et quelles fonctions elle pouvait remplir. Dans le cadre du programme Artemis, seuls les atterrissages sont actuellement à l'étude, mais dans un sens global, la construction d'une base lunaire devrait être la prochaine étape logique. Ici, nous allons déterminer quelles tâches il résoudra, comment il peut être construit et quels avantages il peut apporter.


Base lunaire présentée par l'artiste de l'Agence spatiale européenne

Lieu

Contrairement aux expéditions, qui peuvent théoriquement débarquer n'importe où, le choix de l'emplacement est très important pour un établissement permanent. Ses avantages seront exploités et les inconvénients devront durer des années. Et les paramètres de l'orbite lunaire déterminent plusieurs endroits potentiellement plus intéressants pour la base.



Les pôles. Du fait que l'axe de rotation de la Lune est presque perpendiculaire à l'écliptique, aux pôles, il y a à la fois des zones éclairées presque constamment et des endroits où la lumière du soleil ne tombe pas du tout. Les zones éclairées sont des candidats évidents pour le placement de panneaux solaires pour la base lunaire, et dans les zones de nuit éternelle, la glace d'eau se trouve directement à la surface et est la plus pratique pour l'extraction et l'utilisation à la ferme. Les endroits les plus intéressants sont situés au pôle sud: le pic Malapert, éclairé par le soleil à 74% de l'année lunaire, et le cratère Shackleton, situé dans la zone de la nuit éternelle.


Pôle Sud de la Lune, image JAXA

Un fait intéressant: la surface de la lune chauffe jusqu'à 127 ° C pendant la journée, et se refroidit jusqu'à -173 ° C la nuit. Mais les expéditions de l'Apollo ont révélé qu'à une profondeur de plus d'un demi-mètre, la température ne change pratiquement pas. Déjà à une profondeur de 50 cm, les mesures montraient -24 ° C, et à la fin de la sonde de 120 cm la température était de -16 ° C. Néanmoins, la glace d'eau gravite clairement vers les pôles et s'y trouve en quantités beaucoup plus importantes.

Membre équatorial. Le membre est le bord du disque lunaire vu de la Terre. En raison du fait que la Lune est tournée vers la Terre d'un côté, la région des membres combine les avantages du côté visible (communication constante sans besoin de répéteurs) et de l'inverse (il n'y a pas d'interférence radio terrestre, ce qui interfère sérieusement avec les radiotélescopes). Et contrairement aux pôles, l'équateur permet des observations astronomiques de l'ensemble de la sphère céleste. À la NASA , le cratère Schubert dans la mer Smith sur la branche orientale et le cratère Riccioli à l'ouest étaient considérés comme des endroits potentiellement intéressants pour la base lunaire.


Mer de Smith, vue depuis la Terre

La construction

Base lunaire, illustration de la NASA

La base lunaire sera le premier établissement humain sur un autre corps céleste. Peut-être qu'un jour avec l'expérience, il y aura des solutions typiques pour différentes planètes et satellites, mais jusqu'à présent, les meilleures façons sont inconnues, et l'imagination des concepteurs donne naissance à une variété d'options qui ont leurs avantages et leurs inconvénients.

En quoi la vie sur la lune est-elle différente de notre terre habituelle? Le manque d'ambiance conduit non seulement à la nécessité de combinaisons spatiales. L'atmosphère terrestre nous protège des météorites et des radiations cosmiques. Par conséquent, de nombreux projets de bases lunaires suggèrent une protection contre les deux facteurs dangereux. Les options peuvent être très différentes - il a été proposé de poser les modules de base dans des tranchées ou de creuser un tunnel dans la paroi du cratère et de placer la base dans des grottes artificielles. Vous pouvez également construire un toit en place et verser du régolithe dessus. Dans le même temps, il y avait également des projets de modules ouverts, dont la protection serait assurée par des solutions constructives.

De plus, le problème de la base fixe est que les environs seront explorés assez rapidement et que les expéditions devront se déplacer de plus en plus loin afin de collecter de nouvelles données pour la recherche. Il a également été proposé de résoudre ce problème de diverses manières. La solution évidente consiste à ajouter des véhicules tout-terrain à votre kit d'équipement. Mais il y avait des options plus originales quand ils voulaient rendre la base mobile, en la réalisant sous forme de trains routiers ou même de véhicules à chenilles géants.


Le projet de la base lunaire du début du 21e siècle

La technologie du 21e siècle, bien sûr, a eu un impact sur les projets de bases lunaires. Le projet de l' Agence spatiale européenne, publié en 2014, semble très bien développé et incarne un grand nombre d'idées potentiellement réussies. Tout d'abord, la base est construite sur place avec un minimum d'implication humaine. Ceci est avantageux car il est relativement simple de contrôler les robots depuis la Terre, vous pouvez construire sans hâte inutile et les gens voleront vers un site déjà préparé. La deuxième idée est l'utilisation de modules transformables livrés à l'état plié, gonflés et recouverts de régolithe de l'extérieur. En effet, en présence de matériaux de construction locaux, il est logique de les utiliser, et de ne pas tout emporter avec soi. La troisième idée est l'utilisation active de l'impression 3D dans la construction. La coque externe de la base en forme de mur porteur, imprimée sur une imprimante 3D, est bien meilleure que l'idée de simplement verser du régolithe sur les modules. En 2013, un mur pesant une tonne et demie provenant d'un simulateur de sol lunaire a été imprimé à l'ESA. Il est curieux que dans les conditions spatiales, il soit possible d'imprimer directement du régolithe en fusion par les rayons du soleil, et de telles expériences ont été menées ces dernières années. En 2017, le Centre aérospatial allemand de Cologne a imprimé, chauffant le régolithe à 1000 ° C. Toujours dans le cadre du projet RegoLight, des prototypes de têtes d'impression mobiles ont été testés avec succès. En 2019, la NASA a organisé un concours d'impression 3D de bâtiments adaptés à la lune ou à Mars.

Les tâches

Que fera la base lunaire? Plusieurs directions potentiellement intéressantes sont déjà apparentes.

Tout d'abord, l'humanité apprendra à vivre sur un autre corps céleste. Les gens ne sont pas les premiers à explorer des régions hostiles, sur terre dans les temps anciens, des représentants de l'homo sapiens se sont propagés de l'Arctique froid aux îles de Polynésie, créant partout des technologies pour la vie dans de nouvelles conditions. Dans le même temps, les conditions de vie sur la Lune et sur Mars sont assez proches, et les technologies développées pour la base lunaire peuvent être utilisées pour coloniser la planète rouge. Dans le même temps, il existe des difficultés propres à la lune. L’impact de l’atmosphère terrestre et même de Mars a entraîné l’érosion des roches, les grains de sable se sont frottés les uns contre les autres et sont devenus plus lisses. Et les roches lunaires sont formées d'un matériau aux propriétés abrasives extrêmement élevées. La poussière lunaire est si épineuse que les 12 astronautes atterrissant à la surface du programme Apollo ont signalé une «allergie lunaire» - maux de gorge, yeux, nez qui coule et éternuements, qui ne sont passés que quelques jours plus tard. Pour les personnes qui travailleront longtemps sur la surface lunaire, la poussière omniprésente deviendra une menace sérieuse - elle peut endommager les tissus pulmonaires et même théoriquement avoir une chance de pénétrer dans la circulation sanguine et de blesser d'autres organes, jusqu'au cerveau. La poussière de lune abrasive devrait également être difficile pour les parties mobiles des mécanismes. Mais quelle sera la gravité de cet effet, il est nécessaire de vérifier dans la pratique, car les simulateurs de régolithes existants ne sont pas encore assez bons - la poussière de lune a une charge électrique et les simulateurs à base de basalte moulu qui sont maintenant produits ont des caractéristiques électrostatiques ou des propriétés de surface similaires. De plus, le broyage mécanique des roches pour créer un simulateur de sol lunaire génère des poussières aux propriétés abrasives beaucoup moins importantes que celles des poussières lunaires.


Usine d'oxygène automatique sur la lune, l'un des projets de la base de la NASA

De plus, la base sur le corps céleste vous permettra d'étudier les moyens d'utiliser les ressources locales. En plus de l'utilisation du sol pour la construction déjà montrée ci-dessus, d'autres options sont possibles. Le régolithe lunaire contient 42% d'oxygène, 21% de silicium, 13% de fer, 7% d'aluminium, il est hautement souhaitable d'apprendre à extraire et à utiliser ces matériaux. Cela comprend également des travaux sur la création de systèmes de survie fermés - plus les matériaux et équipements ne seront pas livrés de la Terre, mais seront produits localement, plus le développement de Mars et d'autres corps célestes sera proche.

Le troisième rôle possible de la base lunaire est la logistique. En l'absence d'atmosphère, il est possible de construire des lanceurs propulsés par fusée et de mettre des charges utiles en orbite avec un canon ou un pistolet gaussien (accélérateurs de masse électromagnétique). Mais quel genre de cargaison? Hélas, contrairement à de nombreuses œuvres fantastiques, l'extraction d'hélium-3 sur la lune n'a aucune signification économique ou physique. Tout d'abord, l'hélium-3 se forme naturellement dans la désintégration du tritium, qui, à son tour, est utilisé dans les armes nucléaires. En 2010, la consommation mondiale annuelle d'hélium-3 était estimée à 40000 litres, et le prix au cours des dernières années a varié de centaines à des milliers de dollars par litre, tandis que l'extraction d'hélium-3 sur la Lune et sa livraison sur Terre coûteront plusieurs fois plus. Deuxièmement, il est plus facile d'extraire l'or de la boue de fond de la mer Rouge - il y a 5 grammes d'or par tonne de limon, et la quantité d'hélium-3 dans le régolithe lunaire est estimée à 1 gramme pour 100 tonnes. Et enfin, la variante de la réaction de fusion nucléaire utilisant l'hélium-3 nécessite une température beaucoup plus élevée que le deutérium-tritium, donc elle est beaucoup plus difficile à mettre en œuvre - les matériaux existants ne peuvent pas résister longtemps à la température de la réaction deutérium-tritium et, de plus, ne feront pas face à l'option utilisant de l'hélium-3. Dans le même temps, la signification économique de la base lunaire est potentiellement possible . Mais le carburant pour le ravitaillement des engins spatiaux peut être une cargaison utile. Dans le désert, l'eau a beaucoup plus de valeur que l'or, et dans le vide de l'espace, l'une des choses les plus précieuses est l'approvisionnement en carburant. Et le système, lorsque l'engin spatial avant de voler vers d'autres planètes accostera avec une station proche de la lune et se ravitaillera en carburant extrait sur la lune, peut théoriquement être très efficace.


La lune maîtrisée, cadre du jeu Anno 2205. Dans le jeu, seule la base lunaire est en cours de construction pour l'extraction de l'hélium-3

Et enfin, la base lunaire collectera des données scientifiques. La géologie de la lune est très intéressante, car il y a encore des différends sur l'origine de notre satellite. À ce jour, l'hypothèse d'une collision géante, lorsque la proto-Terre est entrée en collision avec un corps céleste de la taille de Mars, est le plus confirmée par les faits. Mais il y a aussi des faits auxquels cette hypothèse répond mal, et en parallèle il y a d'autres versions: que la Lune s'est séparée de la proto-Terre en rotation rapide, ou que les deux corps célestes se sont formés en parallèle. En outre, la Lune, peut-être, est le résultat d'une collision de nombreux protoluns ou est due à un bombardement de météorite. La base lunaire vous permettra de collecter des données sur la géologie de la lune et, éventuellement, d'approuver finalement l'une des hypothèses la plus pertinente par rapport aux faits observés. Le résultat de milliards d'années d'exposition au vide et au rayonnement solaire sur les roches de la lune est également très intéressant. En plus de la géologie, les conditions lunaires sont pratiques pour les observations astronomiques - un radiotélescope peut être fermé des interférences de la Terre par un obstacle naturel, un télescope optique fonctionnera dans des conditions idéales sans interférence atmosphérique, et les télescopes à rayons X et à ondes longues ne seront pas bloqués par l'atmosphère. De plus, des caractéristiques uniques donneront le travail des télescopes terrestres et lunaires en mode interféromètre. Une distance d'un peu plus d'une seconde lumineuse entre la Terre et la Lune vous permet de créer des télescopes avec une résolution unique. Travaillant à des distances comparables en mode interféromètre Spectre-R était mille fois plus «net» que le Hubble, le radiotélescope lunaire aura des caractéristiques similaires, et dans la plage optique, vous pouvez créer un complexe 60 fois plus net que le sol habituel.

Conclusion

Malgré le fait que la base lunaire reste une question d'un avenir non éloigné, il est maintenant à peu près clair à quoi elle sert, et des travaux sont déjà en cours pour créer des technologies qui seront utilisées dessus.

Matériel préparé pour la revue "Universe, Space, Time" , publiée dans l'édition de l'auteur.