Tugas untuk basis lunar

Pada artikel sebelumnya, kita berbicara tentang bagaimana NASA akan membangun stasiun Gateway di orbit bulan, dan fungsi apa yang dapat dilakukannya. Sebagai bagian dari program Artemis, hanya pendaratan saat ini sedang dipertimbangkan, tetapi dalam arti global, pembangunan basis bulan harus menjadi langkah logis berikutnya. Di sini kita akan mencari tahu tugas-tugas apa yang akan diselesaikannya, bagaimana ia dapat dibangun dan apa manfaatnya.


Pangkalan bulan seperti yang disampaikan oleh seniman European Space Agency

Tempat

Tidak seperti ekspedisi, yang secara teoritis dapat mendarat di mana saja, pilihan lokasi sangat penting untuk pemukiman permanen. Keuntungannya akan digunakan, dan kerugiannya harus bertahan selama bertahun-tahun. Dan parameter orbit bulan menentukan beberapa tempat yang berpotensi lebih menarik untuk basis.



Kutub. Karena fakta bahwa sumbu rotasi Bulan hampir tegak lurus terhadap ekliptika, di kutub ada kedua area yang menyala hampir secara konstan, dan tempat-tempat di mana sinar matahari tidak jatuh sama sekali. Area yang diterangi adalah kandidat yang jelas untuk penempatan panel surya untuk dasar bulan, dan di area malam abadi, es air ditemukan langsung di permukaan dan paling nyaman untuk ekstraksi dan digunakan di pertanian. Tempat paling menarik terletak di kutub selatan: Puncak Malapert, yang diterangi matahari 74% dari tahun lunar, dan Kawah Shackleton, yang terletak di zona malam abadi.


Kutub Selatan Bulan, gambar JAXA

Fakta yang menarik: permukaan bulan memanas hingga 127 ° C di siang hari, dan mendingin hingga -173 ° C di malam hari. Tetapi ekspedisi Apollo menemukan bahwa pada kedalaman lebih dari setengah meter suhu praktis tidak berubah. Sudah pada kedalaman 50 cm, pengukuran menunjukkan -24 ° C, dan pada ujung probe 120 cm suhu adalah -16 ° C. Namun demikian, es air jelas tertarik ke arah kutub dan ditemukan di sana dalam jumlah yang jauh lebih besar.

Ekuatorial Ekuatorial. Anggota gerak adalah tepi disk bulan jika dilihat dari Bumi. Karena fakta bahwa Bulan berbalik ke Bumi di satu sisi, wilayah ekstremitas menggabungkan keuntungan sisi yang terlihat (komunikasi konstan tanpa perlu pengulang) dan sebaliknya (tidak ada gangguan radio terestrial, yang secara serius mengganggu teleskop radio). Dan tidak seperti kutub, khatulistiwa memungkinkan pengamatan astronomi dari seluruh bola angkasa. Di NASA , Kawah Schubert di Laut Smith di tungkai timur dan Kawah Riccioli di barat dianggap sebagai tempat yang berpotensi menarik bagi pangkalan bulan.


Smith Sea, pemandangan dari Bumi

Konstruksi

Pangkalan Bulan, Ilustrasi NASA

Basis lunar akan menjadi pemukiman manusia pertama di benda langit lainnya. Mungkin suatu hari nanti dengan pengalaman akan ada solusi khas untuk planet dan satelit yang berbeda, tetapi sejauh ini cara terbaik tidak diketahui, dan imajinasi desainer memunculkan berbagai pilihan yang memiliki pro dan kontra.

Bagaimana kehidupan di bulan berbeda dari bumi kita yang biasa? Kurangnya atmosfer tidak hanya mengarah pada kebutuhan akan pakaian antariksa. Atmosfer bumi melindungi kita dari meteorit dan radiasi kosmik. Oleh karena itu, banyak proyek basis bulan menyarankan perlindungan terhadap kedua faktor berbahaya. Pilihannya bisa sangat berbeda - diusulkan untuk meletakkan modul dasar di parit atau menggali terowongan di dinding kawah dan menempatkan basis di gua-gua buatan manusia. Anda juga dapat membangun atap di tempat dan tuangkan regolith di atasnya. Pada saat yang sama, ada juga proyek modul terbuka, yang perlindungannya akan dipastikan dengan solusi konstruktif.

Lebih lanjut, masalah dari basis stasioner adalah bahwa lingkungan akan dieksplorasi dengan cukup cepat, dan ekspedisi harus bergerak lebih jauh dan lebih jauh untuk mengumpulkan data baru untuk penelitian. Masalah ini juga diusulkan untuk diselesaikan dengan berbagai cara. Solusi yang jelas adalah menambahkan semua kendaraan medan ke kit perlengkapan Anda. Tetapi ada lebih banyak pilihan orisinal ketika mereka ingin membuat pangkalan ponsel, membawanya dalam bentuk kereta api jalan atau bahkan kendaraan yang dilacak raksasa.


Proyek dasar bulan awal abad ke-21

Teknologi abad ke-21, tentu saja, berdampak pada proyek-proyek pangkalan bulan. Proyek European Space Agency, yang diterbitkan pada tahun 2014, terlihat sangat berkembang dengan baik dan mewujudkan sejumlah besar ide yang berpotensi berhasil. Pertama-tama, pangkalan ini dibangun di tempat dengan keterlibatan manusia minimal. Ini menguntungkan karena relatif mudah untuk mengendalikan robot dari Bumi, Anda dapat membangun tanpa tergesa-gesa, dan orang-orang akan terbang ke situs yang sudah disiapkan. Gagasan kedua adalah penggunaan modul yang dapat ditransformasikan yang disampaikan dalam keadaan terlipat, meningkat dan ditutupi dengan regolith dari luar. Memang, di hadapan bahan bangunan lokal, adalah logis untuk menggunakannya, dan tidak membawa semuanya dengan Anda. Gagasan ketiga adalah penggunaan aktif pencetakan 3D dalam konstruksi. Cangkang eksternal dari pangkalan dalam bentuk dinding bantalan, dicetak pada printer 3D, jauh lebih baik daripada gagasan hanya menuangkan regolith di atas modul. Pada 2013, sebuah dinding seberat satu setengah ton dari simulator tanah bulan dicetak di ESA. Sangat mengherankan bahwa dalam kondisi luar angkasa dimungkinkan untuk mencetak regolith yang langsung meleleh oleh sinar matahari, dan percobaan semacam itu telah dilakukan dalam beberapa tahun terakhir. Pada 2017, Pusat Dirgantara Jerman di Cologne mencetak, memanaskan regolith hingga 1000 ° C. Juga dalam kerangka proyek RegoLight, prototipe printhead seluler telah berhasil diuji. Pada 2019, NASA menjadi tuan rumah kompetisi pencetakan 3D bangunan yang cocok untuk bulan atau Mars.

Tugasnya

Apa yang akan dilakukan pangkalan lunar? Beberapa arahan yang berpotensi menarik sudah terlihat.

Pertama-tama, umat manusia akan belajar untuk hidup di benda angkasa lain. Orang-orang bukanlah yang pertama menjelajahi daerah yang tidak ramah, di bumi pada zaman kuno, perwakilan dari homo sapiens menyebar dari Kutub Utara yang dingin ke kepulauan Polinesia, di mana-mana menciptakan teknologi untuk kehidupan dalam kondisi baru. Pada saat yang sama, kondisi kehidupan di Bulan dan Mars cukup dekat, dan teknologi yang dikembangkan untuk basis bulan dapat digunakan untuk menjajah planet merah. Pada saat yang sama, ada kesulitan yang unik untuk bulan. Dampak atmosfer Bumi dan bahkan Mars menyebabkan erosi bebatuan, butiran pasir saling bergesekan dan menjadi lebih halus. Dan batu bulan terbentuk dari material dengan sifat abrasif yang sangat tinggi. Debu bulan sangat tajam sehingga 12 astronot yang mendarat di permukaan dalam program Apollo melaporkan "alergi bulan" - sakit tenggorokan, mata, pilek dan bersin, yang berlalu hanya beberapa hari kemudian. Bagi orang yang akan bekerja dalam waktu lama di permukaan bulan, debu di mana-mana akan menjadi ancaman serius - ia dapat merusak jaringan paru-paru dan bahkan secara teoritis memiliki kesempatan untuk masuk ke aliran darah dan melukai organ-organ lain, hingga ke otak. Debu bulan abrasif juga harus sulit untuk memindahkan bagian-bagian mekanisme. Tetapi seberapa serius efek ini, perlu diperiksa dalam praktik, karena simulator regolith yang ada belum cukup baik - debu bulan memiliki muatan listrik, dan simulator yang didasarkan pada basal tanah yang sedang diproduksi sekarang memiliki karakteristik elektrostatik atau sifat permukaan yang sama. Juga, penggilingan batu secara mekanis untuk membuat simulator tanah bulan menghasilkan debu dengan sifat abrasif jauh lebih sedikit daripada debu bulan.


Pabrik oksigen otomatis di bulan, salah satu proyek pangkalan NASA

Selanjutnya, pangkalan pada benda langit akan memungkinkan Anda untuk mempelajari cara-cara menggunakan sumber daya lokal. Selain penggunaan tanah untuk konstruksi yang sudah ditunjukkan di atas, opsi lain dimungkinkan. Lunar regolith mengandung 42% oksigen, 21% silikon, 13% besi, 7% aluminium, sangat diinginkan untuk mempelajari cara mengekstrak dan menggunakan bahan-bahan ini. Ini juga termasuk pekerjaan pada penciptaan sistem pendukung kehidupan tertutup - semakin banyak bahan dan peralatan tidak akan dikirim dari Bumi, tetapi akan diproduksi secara lokal, semakin dekat akan pengembangan Mars dan benda langit lainnya.

Peran ketiga yang mungkin dari basis bulan adalah logistik. Dengan tidak adanya atmosfer, dimungkinkan untuk membangun kendaraan peluncuran berbahan bakar roket dan memasukkan muatan ke orbit dengan senjata atau railgun Gaussian (akselerator massa elektromagnetik). Tapi kargo macam apa? Sayangnya, bertentangan dengan banyak karya fantastis, ekstraksi helium-3 di bulan tidak memiliki arti ekonomi atau fisik. Pertama-tama, helium-3 terbentuk secara alami dalam peluruhan tritium, yang, pada gilirannya, digunakan dalam senjata nuklir. Pada tahun 2010, konsumsi global helium-3 tahunan diperkirakan mencapai 40 ribu liter, dan harganya dalam beberapa tahun terakhir berkisar antara ratusan hingga ribuan dolar per liter, sedangkan ekstraksi helium-3 di bulan dan pengirimannya ke Bumi akan memakan biaya beberapa kali lebih banyak. Kedua, lebih mudah untuk menambang emas dari dasar lumpur Laut Merah - ada 5 gram emas per ton lanau, dan jumlah helium-3 dalam regolith bulan diperkirakan 1 gram per 100 ton. Dan akhirnya, varian reaksi fusi nuklir menggunakan helium-3 membutuhkan suhu yang jauh lebih tinggi daripada deuterium-tritium, oleh karena itu jauh lebih sulit untuk diterapkan - bahan yang ada tidak dapat menahan suhu reaksi deuterium-tritium untuk waktu yang lama dan, apalagi, tidak akan mampu mengatasinya. menggunakan helium-3. Pada saat yang sama, makna ekonomi dari basis bulan berpotensi terjadi . Tapi bahan bakar untuk mengisi bahan bakar pesawat ruang angkasa bisa menjadi kargo yang bermanfaat. Di padang pasir, air jauh lebih berharga daripada emas, dan di ruang hampa, salah satu hal yang paling berharga adalah pasokan bahan bakar. Dan sistem, ketika pesawat ruang angkasa sebelum terbang ke planet lain akan berlabuh dengan stasiun dekat bulan dan mengisi bahan bakar dengan bahan bakar yang diekstraksi di bulan, secara teoritis bisa sangat efektif.


Bulan yang dikuasai, bingkai dari permainan Anno 2205. Dalam permainan, hanya pangkalan bulan sedang dibangun untuk ekstraksi helium-3

Dan akhirnya, pangkalan bulan akan mengumpulkan data ilmiah. Geologi bulan sangat menarik, karena masih ada perselisihan tentang asal usul satelit kita. Sampai saat ini, hipotesis tabrakan raksasa, ketika proto-Bumi bertabrakan dengan benda langit seukuran Mars, paling dikonfirmasi oleh fakta. Tetapi ada juga fakta-fakta yang ditanggapi dengan buruk oleh hipotesis ini, dan secara paralel ada versi-versi lain: bahwa Bulan terpisah dari Bumi-proto yang berotasi dengan cepat, atau kedua benda langit yang terbentuk secara paralel. Juga, Bulan, mungkin, adalah hasil dari tabrakan banyak protoluns atau muncul karena pemboman meteorit. Pangkalan bulan akan memungkinkan Anda untuk mengumpulkan data tentang geologi bulan dan, mungkin, akhirnya mengkonfirmasi salah satu hipotesis sebagai yang paling relevan dengan fakta yang diamati. Hasil paparan sinar matahari dan radiasi matahari miliaran tahun pada bebatuan bulan juga sangat menarik. Selain geologi, kondisi bulan nyaman untuk pengamatan astronomi - teleskop radio dapat ditutup dari gangguan dari Bumi oleh hambatan alami, teleskop optik akan bekerja dalam kondisi ideal tanpa gangguan atmosfer, dan x-ray dan teleskop gelombang panjang tidak akan terhalang oleh atmosfer. Juga, karakteristik unik akan memberikan pekerjaan teleskop darat dan bulan dalam mode interferometer. Jarak sedikit lebih dari satu detik cahaya antara Bumi dan Bulan memungkinkan Anda membuat teleskop dengan resolusi unik. Bekerja pada jarak yang sebanding dalam mode interferometer Specter-R adalah seribu kali "lebih tajam" daripada Hubble, teleskop radio bulan akan memiliki karakteristik yang sama, dan dalam rentang optik Anda dapat membuat kompleks yang 60 kali lebih tajam daripada tanah biasa.

Kesimpulan

Terlepas dari kenyataan bahwa pangkalan lunar tetap menjadi masalah masa depan yang tidak jauh, sekarang sudah jelas untuk apa tujuannya, dan pekerjaan sedang dilakukan untuk menciptakan teknologi yang akan digunakan di sana.

Materi yang disiapkan untuk jurnal "Universe, Space, Time" , diterbitkan dalam edisi penulis.