Tarefas para a base lunar

No artigo anterior, falamos sobre como a NASA construirá uma estação Gateway na órbita da lua e quais funções ela pode desempenhar. Como parte do programa Artemis, apenas pousos estão sendo considerados atualmente, mas em um sentido global, a construção de uma base lunar deve ser o próximo passo lógico. Aqui, vamos descobrir quais tarefas serão resolvidas, como podem ser construídas e quais benefícios podem trazer.


Base lunar apresentada pelo artista da Agência Espacial Europeia

Local

Diferentemente das expedições, que teoricamente podem pousar em qualquer lugar, a escolha do local é muito importante para um assentamento permanente. Suas vantagens serão usadas e as desvantagens terão que durar anos. E os parâmetros da órbita lunar determinam vários lugares potencialmente mais interessantes para a base.



Os pólos. Devido ao fato de o eixo de rotação da Lua ser quase perpendicular à eclíptica, nos pólos existem duas áreas que são iluminadas quase constantemente e lugares onde a luz solar não cai. As áreas iluminadas são candidatas óbvias à colocação de painéis solares na base lunar e, nas áreas da noite eterna, o gelo d'água é encontrado diretamente na superfície e é mais conveniente para extração e uso na fazenda. Os lugares mais interessantes estão localizados no pólo sul: o pico de Malapert, iluminado pelo Sol 74% do ano lunar, e a cratera Shackleton, localizada na zona da noite eterna.


Imagem do Pólo Sul da Lua, JAXA

Um fato interessante: a superfície da lua aquece até 127 ° C durante o dia e esfria até -173 ° C à noite. Mas as expedições do Apollo descobriram que, a uma profundidade de mais de meio metro, a temperatura praticamente não muda. Já a uma profundidade de 50 cm, as medições mostraram -24 ° C e, no final da sonda de 120 cm, a temperatura era de -16 ° C. No entanto, o gelo da água está claramente gravitando em direção aos pólos e é encontrado em quantidades muito maiores.

Membro equatorial. O membro é a borda do disco lunar quando visto da Terra. Devido ao fato de a Lua estar virada para a Terra de um lado, a região do membro combina as vantagens do lado visível (comunicação constante sem a necessidade de repetidores) e o inverso (não há interferência de rádio terrestre, o que interfere seriamente nos radiotelescópios). E, diferentemente dos pólos, o equador permite observações astronômicas de toda a esfera celeste. Na NASA , a Cratera Schubert , no Mar Smith, no membro oriental, e a Cratera Riccioli, no oeste, eram consideradas locais potencialmente interessantes para a base lunar.


Mar de Smith, vista da terra

Construção civil

Base Lunar, Ilustração da NASA

A base lunar será o primeiro assentamento humano em outro corpo celeste. Talvez um dia com experiência haja soluções típicas para diferentes planetas e satélites, mas até agora as melhores maneiras são desconhecidas, e a imaginação dos designers gera uma variedade de opções que têm seus prós e contras.

Como a vida na lua é diferente da nossa terra habitual? A falta de atmosfera leva não apenas à necessidade de trajes espaciais. A atmosfera da Terra nos protege de meteoritos e radiação cósmica. Portanto, muitos projetos de bases lunares sugerem proteção contra os dois fatores perigosos. As opções podem ser muito diferentes - foi proposto colocar os módulos de base em trincheiras ou cavar um túnel na parede da cratera e colocar a base em cavernas feitas pelo homem. Você também pode construir um telhado no lugar e derramar regolito em cima dele. Ao mesmo tempo, havia também projetos de módulos abertos, cuja proteção seria garantida por soluções construtivas.

Além disso, o problema da base estacionária é que os arredores serão explorados com rapidez suficiente e as expedições terão que se mover cada vez mais longe, a fim de coletar novos dados para pesquisa. Este problema também foi proposto para ser resolvido de várias maneiras. A solução óbvia é adicionar veículos todo-o-terreno ao seu kit de equipamentos. Mas havia mais opções originais quando eles queriam tornar a base móvel, realizando-a na forma de trens rodoviários ou até mesmo veículos de esteira gigantes.


O projeto da base lunar do início do século XXI

A tecnologia do século 21, é claro, teve um impacto nos projetos de bases lunares. O projeto da Agência Espacial Europeia, publicado em 2014, parece muito bem desenvolvido e incorpora um grande número de idéias potencialmente bem-sucedidas. Primeiro de tudo, a base é construída no local com o mínimo envolvimento humano. Isso é vantajoso porque é relativamente simples controlar robôs da Terra, você pode construir sem pressa desnecessária e as pessoas voam para um local já preparado. A segunda idéia é o uso de módulos transformáveis ​​entregues em um estado dobrado, inflados e cobertos de regolito por fora. De fato, na presença de materiais de construção locais, é lógico usá-los, e não carregar tudo com você. A terceira idéia é o uso ativo da impressão 3D na construção. A casca externa da base, na forma de uma parede de rolamentos, impressa em uma impressora 3D, é muito melhor do que a idéia de apenas derramar regolito sobre os módulos. Em 2013, uma parede pesando uma tonelada e meia de um simulador de solo lunar foi impressa na ESA. É curioso que, nas condições espaciais, seja possível imprimir diretamente o regolito de fusão pelos raios do sol, e tais experimentos foram realizados nos últimos anos. Em 2017, o Centro Aeroespacial Alemão de Colônia imprimiu, aquecendo o regolito a 1000 ° C. Também na estrutura do projeto RegoLight, os protótipos de cabeçotes de impressão móveis foram testados com sucesso. Em 2019, a NASA organizou uma competição de impressão 3D de edifícios adequados para a lua ou Marte.

As tarefas

O que a base lunar fará? Várias direções potencialmente interessantes já são aparentes.

Antes de tudo, a humanidade aprenderá a viver em outro corpo celeste. As pessoas não são as primeiras a explorar regiões hostis; na Terra, nos tempos antigos, representantes do homo sapiens se espalham do frio do Ártico para as ilhas da Polinésia, criando em todos os lugares tecnologias para a vida em novas condições. Ao mesmo tempo, as condições de vida na Lua e em Marte são bastante próximas e as tecnologias desenvolvidas para a base lunar podem ser usadas para colonizar o planeta vermelho. Ao mesmo tempo, existem dificuldades únicas para a lua. O impacto da atmosfera da Terra e até Marte levou à erosão das rochas, os grãos de areia esfregaram um contra o outro e ficaram mais suaves. E as rochas lunares são formadas a partir de um material com propriedades abrasivas extremamente altas. A poeira da lua é tão espinhosa que todos os 12 astronautas que pousaram na superfície no programa Apollo relataram "alergia à lua" - dor de garganta, olhos, nariz escorrendo e espirros, que passaram poucos dias depois. Para as pessoas que trabalharão por um longo período na superfície lunar, a poeira onipresente se tornará uma ameaça séria - pode danificar o tecido pulmonar e até teoricamente tem a chance de entrar na corrente sanguínea e ferir outros órgãos, até o cérebro. O pó abrasivo da lua também deve ser difícil para mover partes dos mecanismos. Mas quão sério esse efeito será, é necessário verificar na prática, porque os simuladores de regolitos existentes ainda não são bons o suficiente - a poeira da lua tem uma carga elétrica e os simuladores baseados no basalto do solo que estão sendo produzidos agora têm características eletrostáticas ou propriedades de superfície semelhantes. Além disso, a retificação mecânica de rochas para criar um simulador de solo lunar gera poeira com propriedades abrasivas muito menos que a poeira da lua.


Planta automática de oxigênio na lua, um dos projetos da base da NASA

Além disso, a base do corpo celeste permitirá que você estude maneiras de usar os recursos locais. Além do uso do solo para construção já mostrado acima, outras opções são possíveis. O regolito lunar contém 42% de oxigênio, 21% de silício, 13% de ferro e 7% de alumínio. É altamente desejável aprender a extrair e usar esses materiais. Isso também inclui o trabalho de criação de sistemas fechados de suporte à vida - quanto mais materiais e equipamentos não forem entregues da Terra, mas serão produzidos localmente, mais próximo será o desenvolvimento de Marte e outros corpos celestes.

O terceiro papel possível da base lunar é logístico. Na ausência de atmosfera, é possível construir veículos de lançamento movidos a foguetes e colocar cargas úteis em órbita com uma pistola ou ferrovia gaussiana (aceleradores de massa eletromagnéticos). Mas que tipo de carga? Infelizmente, ao contrário de muitos trabalhos fantásticos, a extração de hélio-3 na lua não tem significado econômico ou físico. Primeiro de tudo, o hélio-3 é formado naturalmente na decadência do trítio, que, por sua vez, é usado em armas nucleares. Em 2010, o consumo global anual de hélio-3 foi estimado em 40 mil litros, e o preço nos últimos anos variou de centenas a milhares de dólares por litro, enquanto a extração de hélio-3 na Lua e sua entrega à Terra custará várias vezes mais. Em segundo lugar, é mais fácil extrair ouro da lama do fundo do Mar Vermelho - existem 5 gramas de ouro por tonelada de lodo, e a quantidade de hélio-3 no regolito lunar é estimada em 1 grama por 100 toneladas. E, finalmente, a variante da reação de fusão nuclear usando hélio-3 requer uma temperatura muito mais alta que o deutério-trítio, portanto, é muito mais difícil de implementar - os materiais existentes não podem suportar a temperatura da reação deutério-trítio por um longo tempo e, além disso, não suportam a opção usando hélio-3. Ao mesmo tempo, o significado econômico da base lunar é potencialmente possível . Mas o combustível para reabastecer naves espaciais pode ser uma carga útil. No deserto, a água é muito mais valiosa que o ouro e, no vazio do espaço, uma das coisas mais preciosas é o suprimento de combustível. E o sistema, quando a sonda antes de voar para outros planetas atracar em uma estação próxima à lua e reabastecer com o combustível extraído na lua, teoricamente pode ser muito eficaz.


A lua dominada, quadro do jogo Anno 2205. No jogo, apenas a base lunar está sendo construída para a extração de hélio-3

E, finalmente, a base lunar coletará dados científicos. A geologia da lua é muito interessante, porque ainda existem disputas sobre a origem do nosso satélite. Até o momento, a hipótese de uma colisão gigante, quando a proto-Terra colidiu com um corpo celeste do tamanho de Marte, é mais confirmada por fatos. Mas há também fatos aos quais essa hipótese responde mal e, paralelamente, há outras versões: que a Lua se separou da proto-Terra em rápida rotação ou que ambos os corpos celestes se formaram em paralelo. Além disso, a Lua, possivelmente, é o resultado de uma colisão de muitos protoluns ou surgiu devido a um bombardeio de meteoritos. A base lunar permitirá coletar dados sobre a geologia da lua e, possivelmente, finalmente aprovar uma das hipóteses como a mais relevante para os fatos observados. O resultado de bilhões de anos de exposição ao vácuo e à radiação solar nas rochas da lua também é muito interessante. Além da geologia, as condições lunares são convenientes para observações astronômicas - um radiotelescópio pode ser fechado da interferência da Terra por um obstáculo natural, um telescópio óptico funcionará em condições ideais sem interferência atmosférica, e os raios X e os telescópios de ondas longas não serão bloqueados pela atmosfera. Além disso, características únicas fornecerão o trabalho de telescópios terrestres e lunares no modo interferômetro. Uma distância de pouco mais de um segundo de luz entre a Terra e a Lua permite criar telescópios com uma resolução única. Trabalhar em distâncias comparáveis ​​no modo interferômetro Spectre-R foi mil vezes mais nítido que o Hubble, o radiotelescópio lunar terá características semelhantes e, na faixa óptica, você pode criar um complexo 60 vezes mais nítido que o solo usual.

Conclusão

Apesar do fato de que a base lunar continua sendo uma questão de um futuro não distante, agora está claro para que serve e já está em andamento o trabalho para criar tecnologias que serão usadas nela.

Material preparado para a revista "Universe, Space, Time" , publicada na edição do autor.