Under denna spännande men utmanande period med utforskning av rymden närmar sig tiden snabbt för allvarliga designkoncept för de första livsmiljöerna som kommer att byggas på månlandskapet. I tidigare artiklar har vi undersökt de faror som är förknippade med en sådan ansträngning, vi har tittat på de strukturer som finns tillgängliga för oss, vi har till och med detaljerat en viss hangarliknande struktur som kan använda lokalt utvalda material. Nu undersöker vi de möjliga infrastrukturelement som kommer att behövas för att stödja en livskraftig koloni på månen. Florian Ruess, en konstruktör som arbetar med livsmiljöns framtid i extrema miljöer, tog också tid med Space Magazine för att ge sina åsikter om mänsklighetens framtid på månjord ...
Föreställ dig att försöka bygga en struktur på månens yta. Två av de största hinder som de första månbosättarna kommer att stöta på är den mycket låga tyngdkraften och det fina dammet som orsakar alla slags byggproblem. Även om det verkar troligt att de första livsmiljöerna kommer att byggas av automatiserade processer innan mänskligheten till och med lägger foten på månen, kommer tillverkning av en bosättningsinfrastruktur att vara en primär oro för ingenjörerna så att konstruktionen kan göras så effektiv som möjligt.
Infrastruktur kommer att vara en av de viktigaste faktorerna för uppdragsplanerare. Hur tillverkas byggnadsmaterial? Hur levereras material till byggnadsarbetare? Hur kommer värdefullt vatten och mat tillföras den nyartade månkolonin? Kan leveransfordon gå från A till B med liten ansträngning?
Historiska exempel på effektiviteten i en effektiv transportinfrastruktur kan ses i sammanstötningen av städer runt floder (traditionellt det snabbaste sättet att transportera människor och material runt om i ett land). Kanaler var avgörande för att leva upp städer till liv under den industriella revolutionen i Storbritannien i slutet av 1700-talet. Eftersom järnvägslinjer kopplade samman östra och västra Nordamerika under det sista halvan av 1800-talet, upplevdes en acceleration i befolkningstillväxten av människor som utrotade och "hembygde" de nya, tillgängliga jordbruksmarkerna. Under de senaste 50 åren är "Sydkaliforniska motorvägseffekt" ansvarig för spridningen av bensinstationer, restauranger, butiker, följt av bostadsområden för arbetare - så småningom är hela städer och städer baserade på enkel tillgång för transport.
Framtida bemannad kolonisering av månen och Mars kommer sannolikt att baseras på en liknande princip; framgången för en månbebyggelse kommer starkt att bero på transportstrukturens effektivitet.
Det verkar troligt att de flesta transporter runt månen kommer att bero på hjulmetoder, till följd av markfordon och testade "Moon buggies" från Apollo-uppdragen på 1960- och 70-talet. Det finns dock några betydande nackdelar. Florian Ruess, byggnadsingenjör och samarbetspartner med Haym Benaroya (vars publicering den här artikeln är baserad) påpekar några problem med detta transportsätt:
“För varje uppdrag kommer det alltid att finnas behov av individuell transport och den uppenbara lösningen är ett hjulfordon. Men det finns ett par allvarliga problem med denna lösning:
- Minskad dragkraft. 1/6 tyngdkraft och månjordet gör dragkraft till ett problem precis som [Mars Exploration Rovers] Spirit and Opportunity på Mars man kan fastna lätt eller behöver mycket kraft för att komma runt.
- Damm. Apollo-erfarenheten visar att mycket damm tillförs av hjulfordon. Detta damm är farligt för maskiner och människor när det andas in.”
- Florian Ruess (privat kommunikation)
Så att resa runt i en modifierad "dune buggy" kanske inte är svaret för en etablerad månbase, någon form av väginfrastruktur skulle behövas om hjultransport används.
Störande damm på månens yta är långt ifrån ett mindre problem. Från NASAs erfarenhet av Apollo-uppdragen var den överlägset största bidragsgivaren till dammgenerering start och landning av månmoduler. 50% av regolitten är mindre än fin sand och ungefär 20% är mindre än den "dammiga" 0,02 mm som bevarade Neil Armstrongs första bagageutskrifter. Det är denna mycket fina komponent i regolitten som kan orsaka en mängd mekaniska och hälsoproblem:
- Nedsatt syn
- Felaktiga instrumentavläsningar
- Dammbeläggning
- Förlust av dragkraft
- Stoppning av mekanismer
- Abrasion
- Termiska kontrollproblem
- Försegla misslyckanden
- Inandning
Därför verkar det uppenbart att dammskapning bör hållas till ett minimum, eftersom denna faktor kan vara ett allvarligt hinder för bebyggelsens infrastruktur.
Vägar är det perfekta svaret på den nya månkolonin. De skulle förse hjulfordon med den mycket efterfrågade dragkraften (och därmed ha en knock-on-effekt med fordonets bränsleeffektivitet) och kan avsevärt minska mängden dammupphängning, särskilt om vägytan höjs över den omgivande regolit. Vägar har emellertid sina nackdelar. De är enormt kostsamma och kan vara mycket svåra att bygga. Att smälta regolit för att bilda en tuff yta kan vara ett svar, men som påpekats av Ruess, "... detta kräver enorma energier, som inte kan tillhandahållas med solenergi ensam." Så en alternativ form av energi skulle krävas för att utföra en sådan konstruktion.
Även om vägbyggnad skulle vara mycket önskvärt, är det kanske inte möjligt, åtminstone i de tidiga stadierna av utvecklingen av månens bosättning. En ny utveckling inom alternativ rymdtransport är den vertikala start- och landningsmetoden, men som tidigare nämnts producerar raketdriven start och landning stora mängder damm. Men om det finns flera baser på månen, kan det vara en möjlighet, "... många människor rekommenderar olika lösningar för rutter som kommer att användas ofta som att komma från landningsplattan till bosättningen eller från en bosättning till den andra," Ruess lägger till.
En annan lösning är en etablerad transportform. En månkabelbil kan vara en livskraftig möjlighet att helt undvika kontakt med ytan och därmed skära ner damm och undvika hinder. Det verkar troligt att ett sådant nät för linbärtransport skulle vara mycket effektivt. ”Mycket stora spännvidden kommer att vara möjlig på månen och därför kostar infrastruktur inte exorbitant,” påpekar Ruess. Denna möjlighet övervägs allvarligt av planerare för månens bosättning.
När vi ser tillbaka på de tidigare artiklarna i serien kommenterar Florian Ruess huruvida månbaser kan vara mobila och påpekar några av de allvarliga svårigheterna med bosättningsplanerare om lokalt brytat material ska användas:
“Jag är inte ett stort fan av mobila baser. Ett sådant system som inkluderar kraftproduktion, kommunikation och särskilt långvarig meteoroid- och strålskydd verkar inte genomförbart för mig. Men hjulfordon kan vara trycksatta konstruktioner som kan betjäna flera dagar långa vetenskapliga uppdrag. Detta skulle vara en bra lösning för att utöka kapaciteten hos en permanent bas.
“Lokala material är en avgörande men svår fråga. Min forskning hittills har visat att först efter att en viss närvaro har fastställts och erfarenhet av lunarfrågor och material har uppnåtts skulle vi kunna våga och bygga livsmiljöer från lokala material. Visst inte innan människan sätter foten på månen. Och glöm inte den mycket citerade månbetongen! Det finns så många showstoppare för det här imaginära materialet att jag inte ens vill börja nämna dem. Den enda tidiga lokala applikationen som jag ser är meteoroid- och strålskydd med regolith som skyddsmaterial.”
- Bygga en månbas: del 1 - utmaningar och faror
- Bygga en månbase: del 2 - Habitatbegrepp
- Bygga en månbas: del 3 - strukturell design
- Bygga en månbas: del 4 - infrastruktur och transport
"Building a Moon Base" är baserat på forskning av Haym Benaroya och Leonhard Bernold ("Konstruktion av månbaser“)
Plus en exklusiv intervju med Florian Ruess, byggnadsingenjör för extremt livsmiljö och grundare av Habitats for Extreme Environments - HE2
-Florian Ruess, privat kommunikation.
Stort tack till Florian Ruess för hans tid att bidra till denna artikel. För mer information om hans arbete och livsmiljöer med extrem miljö, besök hans webbplats på: HE-squared.com.
För mer information om månens bosättning framöver, kolla in Moon Society och samarbetsresursen, Lunarpedia.
