Välkommen tillbaka till vår serie om kolonisering av solsystemet! Idag tittar vi på det närmaste av de himmelska grannarna på jorden. Det stämmer, vi tittar på månen!
Chansen är stor att vi alla har hört talas om det mer än en gång under vår livstid och till och med har några egna tankar om ämnet. Men för rymdbyråer runt om i världen, futurister och privata flyg- och rymdföretag, är tanken på att kolonisera månen inte en fråga om "om", utan "när" och "hur". För vissa är att skapa en permanent mänsklig närvaro på månen en fråga om öde medan för andra är det en fråga om överlevnad.
Inte förvånande överväger planerna för att etablera en mänsklig bosättning både månlandningen och rymdloppet. Under de senaste decennierna har många av dessa planer dammats upp och uppdaterats tack vare planerna för en förnyad era av månutforskning. Så vad skulle det kräva för att upprätta en permanent mänsklig närvaro på månen, när kan det hända, och är vi uppe på den utmaningen?
Redan innan förslag gjordes för månkolonier utforskades tanken på mänskligheten som lever på månen i fiktion med exempel som gick tillbaka över ett sekel. Dessutom fanns det betydande spekulationer så sent som i början av 1900-talet att månen kan vara bebodd av inhemska livsformer (ungefär som vad man trodde om Mars).
Exempel på fiktion:
Mellan 1940- och 1960-talet skrev science fiction-författaren Robert A. Heinlein mycket om de första resorna och eventuella koloniseringen av månen. Dessa inkluderade flera noveller från 1940-talet som beskriver hur livet skulle se ut i bosättningar på "Luna" (det namn som vanligtvis används av Heinlein för att beskriva en koloniserad måne.
1966 släppte Heinlein den Hugo prisbelönta romanen, Månen är en hård älskarinna, som berättar historien om ättlingar till en månstraffkoloni som kämpar för oberoende från Jorden. Denna berättelse fick stor beröm för hur den kombinerade politiska kommentarer med frågor som rymdutforskning, hållbarhet och konstgjord intelligens. Det var också i detta arbete som Heinlein myntade uttrycket “TANSTAAFL” - en förkortning för “There Ain't No Such Thing As A Free Lunch”.
1985 släppte Heinlein Katten som går igenom murarna, där mycket av boken äger rum på en fri luna efter att den vann sin kamp för självständighet och innehåller karaktärer från några av hans tidigare verk.
Månkolonisering utforskades också i fiktion av den sena och stora Arthur C. Clarke. Detta inkluderade novellen Earthlight (1955), där en bosättning på månen befinner sig fångad mitt i ett krig mellan jorden och en allians mellan Mars och Venus. Detta följdes av Ett fall av moondust (1961), som har ett månfartyg fullt av turister som sjunker i ett hav av Moondust.
1968 samarbetade Clarke med regissören Stanley Kubrick för att skapa science fiction-filmen 2001: A Space Odyssey, där en del av tomten äger rum i en amerikansk månkoloni som karantäneras efter att ett föremål av främmande ursprung hittades i närheten. Clarke utarbetade detta i romanversionen som släpptes samma år. En månkoloni nämns också i Clarkes Nebula och Hugo prisbelönta roman Rendezvous med Rama (1973).
Fellow Sci-fi-stor Ursula K. Le Guin inkluderar också en månkoloni i sin roman från 1971 Himmelens svarv, som vann Locus Award för bästa roman 1972 och anpassades till film två gånger (1980 och 2002). I en alternativ verklighet etableras månbaser 2002 och attackeras sedan av en fientlig främmande art från Aldebaran (som i en annan verklighet är godartad).
1973 släppte den sena och stora Isaac Asimov romanen Gudarna själva, där det tredje avsnittet äger rum i en månbebyggelse i början av 22-talet.The Lunatics (1988) av Kim Stanley Robinson (författare till Röda Mars trilogi, 2312 och Aurora) centrerar på en grupp förslavade gruvarbetare som tvingas arbeta under månens yta och starta ett uppror.
I novellen 1995 "Byrd Land Six" av Alastair Reynolds nämns en månkoloni med en ekonomi centrerad kring gruvdrift av helium-3. 1998 släppte Ben Bova Moonrise och Moonwar, två romaner som centrerade sig på en månbas som är etablerad av ett amerikanskt företag och som så småningom gör uppror mot jorden. Dessa är en del av hans "Grand Tour" -serie som kollektivt handlar om koloniseringen av solsystemet.
Under 2017 Andy Weir (författare till The Martian) släppte Artemis, en roman i en månstad där ekonomin är uppbyggd kring månturismen. Betydande uppmärksamhet ägnas åt detaljerna i det dagliga livet på månen, som inkluderar beskrivningar av ett kärnkraftverk, ett aluminiumsmältverk och en syreproduktionsanläggning.
Förslag:
Det tidigaste inspelade exemplet på människor som levde på månen gjordes på 1600-talet av biskop John Wilkins. I hans En diskurs om en ny värld och en annan planet (1638) förutspådde han att människor en dag skulle lära sig att behärska flyget och upprätta en månkoloni. Men detaljerade och vetenskapligt baserade förslag skulle inte komma förrän på 1900-talet.
1901 skrev H.G. Wells De första männa i månen, som berättar historien om infödda måneinvånare (seleniter) och innehåller element av verklig vetenskap. 1920 skrev Konstantin Tsiolkovsky (som hyllas av många för att vara ”astronautikens och rakets far”) Utanför jorden. Denna roman berättar historien om människor som koloniserar solsystemet och beskriver i detalj hur livet skulle se ut i rymden.
I början av Space Race på 1950-talet har ett antal koncept och mönster föreslagits av forskare, ingenjörer och arkitekter. 1954 föreslog Arthur C. Clarke skapandet av en månbasis bestående av uppblåsbara moduler täckta i måndamm för isolering. Kommunikation skulle upprätthållas med astronauter i fältet med hjälp av en uppblåsbar radiomast.
Med tiden skulle en större, permanent kupol byggas som förlitade sig på en algbaserad luftrenare, en kärnreaktor för kraft och elektromagnetiska kanoner för att lansera last och bränsle till fartyg i rymden. Clarke skulle undersöka detta förslag ytterligare med sin novelle från 1955 Earthlight.
1959 startade den amerikanska armén en studie
1959 föreslog John S. Rinehart - dåvarande chef för gruvforskningslaboratoriet vid Colorado School of Mines - en månstruktur som kunde "[flyta] i ett stillastående hav av damm". Detta var som svar på den då populära teorin om att det fanns hav av regolit som låg upp 1,5 km (en mil) djupt på månen.
Detta koncept beskrevs i Rineharts studie, "Grundläggande kriterier för månbyggnad", i Journal of the British Interplanetary Society, där han beskrev en "flytande bas" bestående av en halvcylinder med halvkupor i båda ändarna och en mikrometeoroidsköld placerad ovanför.
1961, samma år som president Kennedy tillkännagav Apollo-programmet, släppte det amerikanska flygvapnet en hemlig rapport baserad på den tidigare bedömningen av en månmilitär bas som gjordes av den amerikanska armén. Känd som Lunex-projektet krävde planen en månlandning av besättningen som så småningom skulle leda till en underjordisk flygvapenbas på månen senast 1968.
1962 publicerade John DeNike (programchef för NASA: s avancerade program) och Stanley Zahn (teknisk chef för Lunar Basing Studies i Martin Company's Space Division) en studie med titeln "Lunar Basing". Deras koncept krävde en underjordisk bas som ligger vid havet av lugnet, den framtida landningsplatsen för Apollo 11 uppdrag.
Liksom Clarkes förslag skulle denna bas förlita sig på kärnreaktorer för kraft och ett algebaserat luftfiltreringssystem. Basen skulle bestå av 30 livsmoduler fördelade mellan sju bostadsområden, åtta verksamhetsområden och 15 logistikområden. den totala basen skulle mäta 1300 m² (14 000 fot²) i storlek som kunde rymma 21 besättningsmedlemmar.
Under 1960-talet producerade NASA flera studier som förespråkade skapandet av livsmiljöer inspirerade av Apollo-programmets uppdragsarkitektur (särskilt Saturn V raket och derivat därav). Dessa planer förutsåg rymdstationsmoduler placeras på månens yta och använder befintliga konstruktioner och teknik för att minska kostnaderna och säkerställa tillförlitlighet.
1963, under den 13: e Proceedings of the Lunar and Planetetary Exploration Colloquium, William Sims producerade en studie med titeln "Architecture of the Lunar Base". Hans design krävde att ett livsmiljö skulle byggas under väggen i en slagkrater med ett landningsfält i närheten för rymdskepp. Livsmiljön skulle vara tre våningar hög med upp
Dessa fönster skulle också göra det möjligt för ljus att komma in i livsmiljön och skulle isoleras med vattentankar för strålskydd. Kraft skulle tillhandahållas av kärnreaktorer medan delar av livsmiljön skulle ägnas åt att tillhandahålla kontorsutrymmen, verkstäder, labb, bostadsområden och en gård för att producera så mycket av besättningens mat som möjligt.
Men kanske den mest inflytelserika designen av Apollo-eran var två-volymen "Lunar Base Synthesis Study", som avslutades 1971 av flygindustriföretaget North American Rockwell. Studien producerade en konceptuell design för en serie av Lunar Surface Bases (LSB) som härleddes från en relaterad studie för en kretsande månstation.
På senare år har flera rymdbyråer tagit fram förslag för att bygga kolonier på månen. År 2006 tillkännagav Japan planer för en månbase fram till 2030. Ryssland lade fram ett liknande förslag 2007, som skulle byggas mellan 2027-32. 2007 föreslog Jim Burke från International Space University i Frankrike att skapa en Lunar Noah's Ark för att säkerställa att den mänskliga civilisationen skulle överleva en katastrofisk händelse.
I augusti 2014 träffade representanter från NASA med branschledarna för att diskutera kostnadseffektiva sätt att bygga en Lunar-bas i de polära regionerna år 2022. Under 2015 skisserade NASA ett koncept för månens bosättning som skulle lita på robotarbetare (känd som Trans -Formers) och heliostatser för att skapa en månbosättning runt Månens södra polära region.
År 2016 föreslog ESA-chef Johann-Dietrich Wörner inrättandet av en internationell by på månen som efterträdare för den internationella rymdstationen. Inrättandet av denna by skulle förlita sig på samma interorganiserande partnerskap som ISS, liksom partnerskap mellan regeringar och privata intressen.
Utmaningar:
Det säger sig självt att skapandet av en månkoloni skulle vara ett enormt åtagande när det gäller tid, resurser och energi. Medan utvecklingen av återanvändbara raketer och andra åtgärder minskar kostnaderna för enskilda lanseringar, är det fortfarande ett mycket dyrt företag att skicka nyttolaster till månen - särskilt där flera tunga lanseringar skulle krävas.
Det är också frågan om de många naturliga faror som kommer från att leva på en kropp som månen. Dessa inkluderar extrema temperaturer, där den solvända sidan upplever höjder på 117 ° C (242 ° F), medan den mörka sidan upplever lägst -43 ° C (-46 ° F). De flesta av månens yta utsätts också för påverkan från meteoroider och mikrometeoroider.
Månen har också en atmosfär som är svag, den är praktiskt taget vakuum. Detta är en del av orsaken till att månen går igenom sådana ytterligheter i temperaturen och varför ytan är pockmarkerad av stötar (dvs det finns ingen atmosfär för meteorer att brinna upp i). Det betyder också att alla bosättningar måste vara lufttäta, trycksatta och isolerade mot den yttre miljön.
Bristen på en atmosfär (liksom en magnetosfär) innebär också att ytan utsätts för mycket mer strålning än vad vi är vana vid här på jorden. Detta inkluderar solstrålning, som blir mycket värre under en solhändelse, och kosmiska strålar.
Möjliga metoder:
Sedan rymdålderns början har flera förslag lagts fram för hur och var en månkoloni skulle kunna byggas. Där är särskilt viktigt eftersom varje lösning måste ge en viss skydd mot elementen. Som man säger är de tre viktigaste övervägandena i fastigheter: "plats, plats och plats."
Av denna anledning har flera förslag gjorts under åren att bygga månmiljöer på platser som skulle möjliggöra naturligt skydd och / eller inneslutning. För närvarande är den mest populära av dessa Sydpolen Aitkenbassängen, en massiv påverkningsregion runt Månens södra polära region som är kraftigt kraterad.
En av de viktigaste dragningarna i denna region är det faktum att det är permanent skuggat, vilket innebär att det upplever mycket mer stabila temperaturer. Dessutom har flera uppdrag bekräftat förekomsten av vattenis i regionen, som kan skördas för att göra allt från väte (eller
Utöver detta kommer alla försök att kolonisera månen att behöva utnyttja teknologier som tillsatsstillverkning (alias 3D-utskrift), robotarbetare och telepresens. Basen (eller baserna) kommer också att behöva tillverkas och levereras så mycket som möjligt med lokala resurser, en metod som kallas ISRU-resursanvändning.
NASA och ESA har utforskat konceptet i många år och båda har producerat sina egna metoder för att förvandla månregolit och andra resurser till användbara material. Sedan 2013 har till exempel ESA samarbetat med arkitektkonstruktionsfirman Foster + Partners för att designa deras International Moon Village.
Deras föreslagna metod för att bygga denna bas består av att placera uppblåsbara ramar på ytan som sedan skulle täckas med en form av betong tillverkad av månregolit, magnesiumoxid och ett bindande salt. NASA har föreslagit en liknande metod som kräver robotarbetare som använder "sintrat" regolith till 3D-baser. Detta består av att smälta regolit genom att bombardera den med mikrovågor och sedan skriva ut den som en smält keramik.
Andra idéer handlar om att bygga livsmiljöer i marken och ha en övre nivå som ger tillgång till ytan och tillåter naturligt ljus in. Det finns till och med förslaget att bygga månbosättningar i stabila lavarör, som inte skulle
Det finns till och med förslaget om en solenoidmånebas som skulle ge sin egen strålskydd. Detta koncept presenterades av civilingenjör Marco Peroni vid AIAAs rymd- och astronautikforum 2017 och utställning 2017 och består av transparenta kupoler som är inneslutna av en torus med högspänningskablar. Denna torus skulle ge aktiv magnetisk skärmning mot strålning och skulle möjliggöra att byggnader byggs var som helst på ytan.
Överflödet av is runt de polära regionerna kommer att ge bosättare en stadig vattenkälla för att dricka, bevattning och kan även bearbetas för att producera bränsle och andningsbart syre. En strikt återvinningsplan kommer att behövas för att säkerställa att avfall hålls till ett minimum
Dessa komposttoaletter kunde kombineras med månregolit för att skapa växande jord, som sedan kan bevattnas med lokalt skördat vatten. Detta skulle vara avgörande eftersom månkolonisterna skulle behöva odla mycket av sin egen mat för att minska antalet transporter som måste skickas från jorden regelbundet.
Månvattnet kan också användas som en kraftkälla om kolonierna är utrustade med elektrolysbatterier (där vattenmolekyler är uppdelade i väte och syre och vätet bränns). Andra kraftkällor kan inkludera soluppsättningar som kan byggas runt kratrarnas fälgar och kanalisera kraft till bosättningarna inom dem.
Rymdbaserad solkraft skulle också kunna ge riklig energi till bosättningar över hela månlandskapet. Kärnreaktorer är ett annat alternativ, liksom fusionsreaktorer (tokamak). Det senare alternativet är särskilt attraktivt med tanke på att Helium-3 (en kraftkälla för fusionsreaktorer) är mer riklig på månens yta än på jorden.
Potentiella fördelar:
För att vara rättvis har etablering av en koloni på någon av himmelkropparna i vårt solsystem några allvarliga potentiella fördelar. Men att ha en koloni på den närmaste himmelkroppen till jorden skulle vara särskilt fördelaktigt. Vi skulle inte bara kunna bedriva forskning, utvinna resurser och skörda nytta av ny teknik, genom att ha en bas på månen skulle det underlätta uppdrag och koloniseringsinsatser till andra planeter och månar.
För att uttrycka det enkelt, kan en koloni på månen fungera som springbrett till Mars, Venus, Asteroidbältet och därefter. Genom att ha infrastruktur på månens yta och i omloppsbana - som kan tanka och reparera rymdfarkoster på väg längre ut i solsystemet - kunde vi raka miljarder från kostnaderna för djuputrymmeuppdrag.
Detta är en av orsakerna till att NASA planerar att etablera en rymdstation i månens bana - Lunar Orbital Platform-Gateway (LOP-G), alias. Lunar Gateway, tidigare känd som Deep Space Gateway. Det är också en av anledningarna till att ESA vill bygga sin Moon Village med internationella partners. Kina och Ryssland överväger också sin egen yta eller orbital utposter av just detta skäl.
Månforskning skulle också vara mycket lukrativ. Genom att studera effekterna av låg tyngdkraft på människokroppen kommer astronauter att vara bättre förberedda på att hantera effekterna av rymdresor med lång tid, uppdrag till Mars och andra kroppar där låg-g är en verklighet. Dessa studier kan också hjälpa till att bana vägen mot etablering av kolonier på dessa organ.
Månens bortre sida ger också allvarliga möjligheter för alla slags astronomi. Eftersom den vetter bort från jorden är månens bortre sida fri från radiostörningar, vilket gör det till ett utmärkt läge för radioteleskop. Eftersom månen inte har någon atmosfär, skulle optiska teleskopuppsättningar - som ESO: s Very Large Telescope (VLT) i Chile - också vara fria från störningar.
Och sedan har du interferometrar - som LIGO och Event Horizon Telescope (EHT) som skulle kunna söka efter gravitationsvågor och bildsvart hål med större effektivitet. Geologiska studier kunde också genomföras som skulle avslöja mycket mer om månen och bildandet av Earth-Moon-systemet.
Överflödet av resurser på månen, såsom helium-3 och olika ädelmetaller och sällsynta jordartsmetaller, kan också möjliggöra en exportekonomi. Detta skulle underlättas av det faktum att månen har en mycket lägre flyktningshastighet än jorden - 2,38 km / s (1,5
Men naturligtvis skulle ingen månekonomi vara komplett utan månturismen. En koloni på ytan, plus infrastruktur i omloppsbana, skulle göra regelbundna besök i månen både kostnadseffektiva och till och med lönsamma. Det är inte svårt att föreställa sig att detta kan leda till etablering av alla typer av fritidsaktiviteter - allt från resorts och kasinon till museer och expeditioner över ytan.
Med rätt typ av engagemang när det gäller resurser, pengar och arbetskraft - för att inte nämna några allvarligt äventyrliga själar! - det kan finnas något som selener en dag (eller som Heinlein kallade dem, "Loonies").
Vi har skrivit många artiklar om månkolonisering här på Space Magazine. Här är Paul Spudis 'plan för en hållbar och prisvärd månbase, varför kolonisera månen först?, Stabilt lavava kan ge ett potentiellt mänskligt livsmiljö på månen och ESA planerar att bygga en internationell by ... på månen !.
För mer information, kolla in vår fyrdelade serie, "Bygga en månbase":
- Bygga en månbas: del 1 - utmaningar och faror
- Bygga en månbase: del 2 - Habitatbegrepp
- Bygga en månbas: del 3 - strukturell design
- Building Moon Base: Del 4 - Infrastruktur och transport
För en glimt av hur liv och arbete kan vara på månen, kolla in What is Moon Mining ?, och detta är viktigt! Studenter tar reda på hur man gör öl på månen.
Astronomy Cast har också några härliga avsnitt om ämnet. Här är avsnitt 115: Månen, del 3: Återvänd till månen.
källor:
- NASA - Earth's Moon
- NASA - Månen till Mars
- NASA - Vad är Artemis?
- Wikipedia - Månens kolonisering
- ESA - Bygga en månbas med 3D-utskrift
- PSRD - Mining the Moon, Mars och Asteroids
- PSRD - Kosmokemi och mänsklig utforskning
- NASA - Lunar Base Synthesis Study - Vol. Jag och Vol. II
- LPI - Månbaser och rymdaktiviteter från 2000-talet
- Astronomi - Moon Village: Mänsklighetens första steg mot en månkoloni?
