Jak działają bazy księżycowe – i co trzeba zrobić, żeby je zbudować

Dlaczego Księżyc potrzebuje bazy

Od zakończenia ery Apollo w 1972 roku każda wizyta człowieka na Księżycu była krótkotrwała. Stała baza księżycowa zasadniczo by to zmieniła – przekształcając Księżyc z celu podróży w platformę dla nauki, wydobycia zasobów i głębszej eksploracji kosmosu. Ale budowa zdatnej do zamieszkania placówki 384 000 kilometrów od Ziemi jest jednym z najtrudniejszych wyzwań inżynieryjnych, jakich kiedykolwiek podjęła się ludzkość.

Wrogie środowisko

Księżyc nie oferuje atmosfery, pola magnetycznego ani litości. Bez ochronnych warstw Ziemi powierzchnia Księżyca jest bombardowana przez galaktyczne promieniowanie kosmiczne i słoneczne rozbłyski cząstek, które mogą uszkodzić ludzkie DNA w ciągu kilku godzin od nieosłoniętej ekspozycji. Zgodnie z badaniami opublikowanymi w Applied Sciences, osłona z regolitu o grubości około 2,5 metra jest potrzebna, aby zredukować promieniowanie do bezpiecznych poziomów zawodowych.

Temperatura jest równie brutalna. W pobliżu bieguna południowego – wiodącego kandydata na miejsce bazy – obszary oświetlone słońcem osiągają 54°C, podczas gdy stale zacienione kratery spadają do −246°C. Mikrometeoryty uderzają w powierzchnię z prędkością do 72 km/s, a drobny, naładowany elektrostatycznie pył księżycowy przylega do wszystkiego, ścierając uszczelki, zatykając mechanizmy i podrażniając płuca.

Budowa z księżycowego pyłu

Wysłanie materiałów budowlanych z Ziemi kosztuje około 1 miliona dolarów za kilogram dostarczony na powierzchnię Księżyca. To sprawia, że wykorzystanie zasobów in-situ (ISRU) – używanie tego, co już tam jest – jest niezbędne. Regolit Księżyca, blanitopodobna mieszanka fragmentów skał i szklanych kulek, okazuje się zaskakująco wszechstronnym materiałem budowlanym.

Opracowywanych jest kilka podejść do druku 3D. Europejska Agencja Kosmiczna nawiązała współpracę z firmą architektoniczną Foster + Partners i firmą zajmującą się drukiem 3D D-Shape, aby zademonstrować wytwarzanie przyrostowe oparte na regolitu, produkując 1,5-tonowe bloki konstrukcyjne z symulowanej gleby księżycowej zmieszanej ze spoiwem z tlenku magnezu. Firma ICON z siedzibą w Teksasie stosuje inną metodę: lasery o dużej mocy bezpośrednio topią regolit, który następnie zestala się w mocne, ceramiczne struktury – bez potrzeby stosowania spoiwa.

Wiodąca koncepcja habitatu łączy nadmuchiwany moduł ciśnieniowy przywieziony z Ziemi z wydrukowaną w 3D powłoką z regolitu zbudowaną wokół niego. Wewnętrzna membrana zapewnia atmosferę do oddychania; zewnętrzna powłoka zapewnia ochronę przed promieniowaniem, izolację termiczną i ochronę przed mikrometeorytami.

Woda, powietrze i paliwo z lodu

Stale zacienione kratery bieguna południowego zawierają lód wodny – zasób, który wszystko zmienia. Dane z Lunar Reconnaissance Orbiter NASA pokazują, że te złoża lodu są bardziej rozległe, niż wcześniej sądzono, rozproszone po dziesiątkach zimnych pułapek.

Pozyskana woda służy potrójnie. Oczyszczona staje się wodą pitną. Rozdzielona przez elektrolizę daje tlen do oddychania i paliwo wodorowe. NASA nakreśliła plany zademonstrowania wydobycia tlenu na dużą skalę na Księżycu, przy czym wydobyty tlen zasila zarówno systemy podtrzymywania życia, jak i paliwo rakietowe dla pojazdów opuszczających powierzchnię Księżyca. Proponowany rurociąg tlenowy połączyłby miejsca wydobycia z obszarami habitatu i startu.

Życie w jednej szóstej grawitacji

Nawet przy rozwiązanym problemie schronienia, wody i powietrza, ludzkie ciało stanowi własne wyzwanie. Grawitacja Księżyca to zaledwie jedna szósta grawitacji Ziemi, a naukowcy nie wiedzą jeszcze, czy to wystarczy, aby zapobiec utracie masy kostnej, zanikowi mięśni i problemom ze wzrokiem obserwowanym w mikrograwitacji na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Długotrwałe pobyty na Księżycu będą pierwszym prawdziwym testem fizjologii częściowej grawitacji.

Od placówki do osady

Większość agencji kosmicznych przewiduje podejście etapowe. Wczesne misje rozmieszczają robotyczne łaziki, instrumenty naukowe i sprzęt do wytwarzania energii. Następnie pojawiają się pół-mieszkalne moduły z regularnymi rotacjami załogi trwającymi tygodnie. Ostatecznie cięższa infrastruktura umożliwi ciągłe zajmowanie – prawdziwą osadę księżycową, a nie obozowisko.

Kluczowa będzie współpraca międzynarodowa. Europejska Agencja Kosmiczna, japońska JAXA i indyjska ISRO zainwestowały w badania nad ISRU i habitatami na Księżycu. Chińska agencja kosmiczna nakreśliła równoległe plany budowy bazy na biegunie południowym na początku lat 30. XXI wieku.

Problemy inżynieryjne są ogromne, ale coraz bardziej rozwiązywalne. Schrony z regolitu drukowane w 3D, systemy podtrzymywania życia oparte na lodzie i nadmuchiwane habitaty przeszły od koncepcji do prototypu. Pytanie nie brzmi już, czy ludzie mogą żyć na Księżycu – tylko kiedy przybędą pierwsi stali mieszkańcy.