Nejchladnější místa na Zemi a poblíž se nestojí blízko teploty měsíční noci - a je velmi obtížné vytvořit základnu, která bude schopna chránit osadníky před takovými teplotami. Po mnoho desetiletí se myšlenka kolonizace Měsíce obávala vědců a prozíravých lidí. Na televizních obrazovkách a monitorech se objevily různé koncepce lunárních kolonií.
Možná bude lunární kolonie dalším logickým krokem pro lidstvo. Toto je náš nejbližší soused ve hvězdách, který je od nás vzdálený asi 383 000 kilometrů, což zjednodušuje podporu zdrojů. Navíc je na Měsíci nadbytek helia-3, což je ideální palivo pro termonukleární reaktory, které jsou na Zemi velmi vzácné.
Cesta k permanentní lunární kolonii byla teoreticky načrtnuta různými vesmírnými programy. Čína projevila zájem o nalezení základny na druhé straně měsíce. V říjnu 2015 se ukázalo, že Evropská kosmická agentura a Roscosmos plánují řadu misí na Měsíc, aby posoudily možnosti umístění trvalých sídel.
Náš satelit má však řadu problémů. Měsíc provede jednu revoluci za 28 pozemských dnů a lunární noc trvá 354 hodin - více než 14 pozemských dnů. Dlouhý noční cyklus znamená významný pokles teplot. Teploty na rovníku se pohybují od 116 stupňů Celsia během dne do -173 stupňů v noci.
Měsíčné noci budou kratší, pokud se základna nachází na severním nebo jižním pólu. "Existuje mnoho důvodů, jak postavit takovou základnu na sloupech, ale existují i další faktory, které je třeba zvážit kromě hodin slunečního světla," říká Edmond Trollope, kosmický operační technik v Telespazio VEGA Deutschland. Stejně jako na Zemi může být na pólech velmi chladno.
Na měsíčních sloupech se Slunce bude pohybovat po obzoru, ne po obloze, takže budete muset postavit boční panely (ve formě stěn), což komplikuje konstrukci. Velká plochá základna v rovníku by shromažďovala hodně tepla, ale aby se dostala k teplu na pólu, musíte stavět nahoru, což není snadné. „Na rozumném místě lze snadno regulovat teplotní rozdíly,“říká Volcker Meiwald, vědec německého leteckého centra DLR.
Propagační video:
Velká variabilita teplot v denním a nočním cyklu znamená, že měsíční základny budou muset být vybaveny nejen dostatečnou izolací od mrznoucího studeného a spalovacího tepla, ale také vyrovnat se s tepelným stresem a tepelnou roztažností.
Tepelná ochrana
První robotické mise na Měsíc, stejně jako mise Sovětského Měsíce, byly navrženy tak, aby žily jeden lunární den (dva týdny Země). Lander misí NASA Surveyor mohl pokračovat v práci příští lunární den. Poškození komponent během noci však často bránilo získání vědeckých údajů.
Lunární rovery sovětského vesmírného programu stejného jména, který byl proveden na konci 60. a 70. let, obsahovaly prvky radioaktivního vytápění s důmyslným ventilačním systémem, který umožnil vozidlům žít až 11 měsíců. Lunární rovery by se v noci hibernaovaly a vypouštěly se sluncem, až bude k dispozici sluneční energie.
Jednou z možností, jak se vyhnout vysokým teplotním výkyvům, je pohřbít budovu v lunárním regolitu. Tento práškový materiál, který pokrývá povrch Měsíce, má nízkou tepelnou vodivost a vysokou odolnost vůči slunečnímu záření. To znamená, že má silné izolační vlastnosti a čím hlouběji kolonie, tím vyšší je tepelná ochrana. Navíc, protože základna se zahřeje a teplo na Měsíci je špatně přenášeno kvůli nedostatku atmosféry, sníží se tím další tepelné napětí.
Přestože myšlenka „pochování“kolonie byla v zásadě úspěšně přijata, v praxi to bude neuvěřitelně obtížný úkol. "Ještě jsem neviděl projekt, který by to zvládl," říká Volcker. "Mají to být robotická konstrukční vozidla, která mohou být dálkově ovládána."
Vložit nebo zakrýt?
Další způsob, kterým bylo možné dosáhnout požadovaného výsledku, spočívá v samotné zemi. Penetrátory schopné proniknout na povrch během nárazu již byly navrženy (ale v menším měřítku) pro několik lunárních misí, jako je japonský Lunar-A a britský MoonLite (projekt je v současné době zpožděn, i když myšlenka proniknutí přistání byla tak přesvědčivá, že se ESA rozhodla použít pro mechanismus pro rychlé dodávání vzorků pro analýzu z povrchu a pod povrchem planety nebo měsíce). Výhodou tohoto konceptu je to, že základna je při nárazu pohřbena, což znamená, že bude před ochranou chráněna relativně mírnými tepelnými podmínkami.
Přetrvává však problém s dodávkou energie, protože typický penetrační projekt nabízí jen velmi omezené možnosti solární energie. Existují také problémy s vysokými kolizními zrychlujícími zatíženími a vysokou přesností vyžadovanou pro vedení. "Srážková síla potřebná k vytržení struktury bude velmi obtížné přizpůsobit se požadovaným funkcím základny s posádkou," říká Trollope.
Alternativou by bylo nalití lunárního regolitu na kolonii, možná pomocí strojů, jako jsou hydraulická rýpadla. Chcete-li to však udělat efektivně, musíte rychle pracovat.
Pokud nelze na kolonii nalít měsíční regolit, lze na něj nasadit vícevrstvou izolaci (MLI), která zabrání odvádění tepla. Tepelně izolační materiály MLI se v kosmické lodi běžně používají a chrání je před chladem vesmíru.
Výhodou této metody je to, že umožňuje použít solární pole ke sběru a ukládání energie během dvoutýdenního lunárního dne. Pokud však nebude shromážděno dostatečné množství energie, bude nutné zvážit alternativní způsoby výroby energie.
Termoelektrické generátory mohly kolonii poskytnout energii během nočního cyklu: ačkoli mají nízkou účinnost, nemají s údržbou žádné problémy, protože nemají žádné pohyblivé části. Radioizotopové termoelektrické generátory (RTG) nabízejí velkou účinnost a mají velmi kompaktní zdroj paliva. Ale základna bude muset být chráněna před zářením a zároveň umožnit přenos tepla. Logistika instalace vyměnitelného generátoru radioaktivních izotopů je plná problémů: rizika budou celou cestu, od vzletu ze Země po přistání na Měsíc, spolu s politickými a bezpečnostními otázkami.
Štěpné reaktory by mohly být použity, ale budou s nimi ještě větší problémy, včetně výše uvedených.
A pokud jsou vyvinuty termonukleární reaktory, mohou být také použity na Měsíci, vzhledem k nadbytku helia-3. Baterie - například lithium-iontové baterie - se mohou hodit také za předpokladu, že během dvoutýdenního nočního cyklu bude generována dostatečná sluneční energie.
Existuje myšlenka poskytnout energii stanici na povrchu během nočního cyklu pomocí obíhajícího satelitu, který bude přenášet energii prostřednictvím mikrovln nebo laseru. Tento nápad byl zkoumán před 10 lety. Studie zjistila, že pro velkou lunární základnu, vyžadující stovky kilowattů energie dodávané z orbity 50 kilowattovým laserem, bude mít rekténa (typ antény, která přeměňuje elektromagnetickou energii na přímý elektrický proud) průměr na 400 metrů a na satelitu - 5 metrů čtverečních kilometrů solárních panelů. Mezinárodní kosmická stanice je asi 3,3 sq. km solárních panelů.
Přes značné obtíže při budování kolonie, která bude muset odolat tvrdému nočnímu měsíčnímu cyklu, nejsou nepřekonatelná. Se správnou tepelnou ochranou a správným systémem výroby energie během dlouhé dvoutýdenní noci bychom mohli mít v příštích dvaceti letech měsíční kolonii. A pak můžeme obrátit svůj pohled dále.