Budowanie cegieł na Księżycu z księżycowego pyłu

23 sierpnia 2018

by Matt Williams , Universe Today

Ten 1.5 tonowy blok budowlany został wyprodukowany jako demonstracja technik druku 3D z wykorzystaniem księżycowej gleby. Konstrukcja oparta jest na pustej, zamkniętej strukturze komórkowej – przypominającej kości ptaków – co ma zapewnić dobre połączenie wytrzymałości i wagi. Credit: ESA

W nadchodzących dekadach wiele agencji kosmicznych ma nadzieję przeprowadzić załogowe misje na Księżyc, a nawet założyć tam placówki. W rzeczywistości, pomiędzy NASA, Europejską Agencją Kosmiczną (ESA), Roscosmosem oraz indyjskimi i chińskimi agencjami kosmicznymi, nie brakuje planów budowy księżycowych baz i osiedli. Nie tylko ustanowią one ludzką obecność na Księżycu, ale ułatwią misje na Marsa i głębiej w kosmos.

Na przykład ESA planuje budowę „międzynarodowej wioski księżycowej” na Księżycu do lat 2030. Jako duchowy następca Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), wioska ta pozwoliłaby również na prowadzenie badań naukowych w środowisku księżycowym. Obecnie badacze europejscy planują, jak zabrać się za budowę tej wioski, co obejmuje prowadzenie eksperymentów z symulantami pyłu księżycowego w celu stworzenia cegieł.

Mówiąc prościej, cała powierzchnia Księżyca pokryta jest pyłem (aka. regolitem), który składa się z drobnych cząstek szorstkiego krzemianu. Pył ten powstał na przestrzeni miliardów lat w wyniku ciągłych uderzeń meteorytów, które rozbiły krzemianowy płaszcz na drobne cząstki. Pozostał on w szorstkim i drobnym stanie ze względu na fakt, że powierzchnia Księżyca nie doświadcza wietrzenia ani erozji (ze względu na brak atmosfery i ciekłej wody).

Ponieważ jest on tak obfity, osiągając głębokość 4-5 metrów (13-16,5 stóp) w niektórych miejscach – i do 15 metrów (49 stóp) w starszych obszarach górskich – regolit jest uważany przez wiele agencji kosmicznych za materiał budowlany z wyboru dla osiedli księżycowych. Jak wyjaśnił Aidan Cowley, doradca naukowy ESA i ekspert w dziedzinie gleby księżycowej, w niedawnym komunikacie prasowym ESA:

„Cegły księżycowe będą wykonane z pyłu. Można z niego stworzyć solidne bloki do budowy dróg i wyrzutni lub siedlisk, które ochronią astronautów przed surowym środowiskiem księżycowym.”

Oprócz wykorzystania pozornie niewyczerpanego zasobu lokalnego, plany ESA dotyczące wykorzystania regolitu księżycowego do stworzenia tej bazy i związanej z nią infrastruktury pokazują ich zaangażowanie w wykorzystanie zasobów in-situ. Zasadniczo, bazy na Księżycu, Marsie i innych miejscach w Układzie Słonecznym będą musiały być tak samowystarczalne, jak to tylko możliwe, aby zmniejszyć zależność od Ziemi w zakresie regularnych dostaw zaopatrzenia – co byłoby zarówno kosztowne, jak i wyczerpujące zasoby.

Aby sprawdzić, jak regolit księżycowy poradziłby sobie jako materiał budowlany, naukowcy ESA użyli symulantów pyłu księżycowego zebranych tutaj na Ziemi. Jak wyjaśnił Aiden, regolit zarówno na Ziemi, jak i na Księżycu jest produktem wulkanizmu i zasadniczo jest to materiał bazaltowy składający się z krzemianów. „Księżyc i Ziemia mają wspólną historię geologiczną,” powiedział, „i nie jest trudno znaleźć materiał podobny do tego, który można znaleźć na Księżycu w pozostałościach przepływów lawy.”

Symulanty zostały zebrane z regionu wokół Kolonii w Niemczech, które były aktywne wulkanicznie około 45 milionów lat temu. Używając proszku wulkanicznego z tych starożytnych strumieni lawy, który został określony jako dobry odpowiednik pyłu księżycowego, naukowcy z Europejskiego Centrum Astronautycznego (EAC) zaczęli używać proszku (który nazwali EAC-1) do tworzenia prototypów cegieł, które zostaną użyte do stworzenia księżycowej wioski.

Spaceship EAC, inicjatywa ESA mająca na celu podjęcie wyzwań związanych z załogowymi lotami kosmicznymi, pracuje również z EAC-1 nad rozwojem technologii i koncepcji, które będą potrzebne do stworzenia placówki księżycowej i przyszłych misji na Księżyc. Jeden z ich projektów skupia się na tym, jak wykorzystać tlen zawarty w pyle księżycowym (który stanowi jego 40%), aby pomóc astronautom w przedłużonym pobycie na Księżycu.

Ale zanim ESA będzie mogła podpisać się pod pyłem księżycowym jako materiałem budowlanym, należy jeszcze przeprowadzić szereg testów. Obejmują one odtworzenie zachowania pyłu księżycowego w środowisku promieniowania w celu symulacji ich zachowania elektrostatycznego. Od dziesięcioleci naukowcy wiedzą, że pył księżycowy jest naładowany elektrycznie z powodu sposobu, w jaki jest stale bombardowany przez promieniowanie słoneczne i kosmiczne.

To właśnie powoduje, że unosi się on z powierzchni i przywiera do wszystkiego, czego dotknie (co zauważyli astronauci Apollo 11 po powrocie do modułu Lunar Excursion Module). Jak wskazała Erin Transfield – członkini zespołu ESA zajmującego się tematyką pyłu księżycowego – naukowcy wciąż nie rozumieją w pełni elektrostatycznej natury pyłu księżycowego, co może stanowić problem, jeśli chodzi o wykorzystanie go jako materiału budowlanego.

Co więcej, eksperymenty związane ze środowiskiem radiacyjnym nie przyniosły jeszcze żadnych rozstrzygających wyników. Jako biolog, który marzy o byciu pierwszą kobietą na Księżycu, Transfield zaznaczył, że konieczne są dalsze badania z wykorzystaniem rzeczywistego pyłu księżycowego. „To daje nam jeszcze jeden powód, aby wrócić na Księżyc” – powiedziała. „Potrzebujemy nieskazitelnie czystych próbek z powierzchni wystawionej na działanie środowiska radiacyjnego.”

Poza ustanowieniem ludzkiej obecności na Księżycu i umożliwieniem misji w głębokiej przestrzeni, budowa proponowanej przez ESA wioski księżycowej oferowałaby również możliwości wykorzystania nowych technologii i zawiązywania partnerstw między sektorem publicznym i prywatnym. Na przykład ESA współpracowała z firmą architektoniczną Foster + Partners, aby opracować projekt swojej wioski księżycowej, a inne firmy prywatne zostały zatrudnione do pomocy w zbadaniu innych aspektów jej budowy.

Obecnie ESA planuje zbudować swoją międzynarodową wioskę księżycową w południowym regionie polarnym, gdzie odkryto obfity lód wodny. Aby to zbadać, ESA wyśle w 2020 roku na Księżyc swoją misję Package for Resource Observation and in-Situ Prospecting for Exploration, Commercial exploitation and Transportation (PROSPECT), która będzie podróżować jako część rosyjskiej misji Luna-27.

Misja ta, będąca wspólnym wysiłkiem ESA i Roscosmos, obejmie zbudowany w Rosji lądownik, który wyląduje w Basenie Południowego Bieguna-Aitken Księżyca, gdzie sonda PROSPECT zostanie rozmieszczona i wwierci się w powierzchnię, aby pobrać próbki lodu. Długoterminowe plany ESA przewidują również serię misji na Księżyc rozpoczynających się w 2020 roku, w których uczestniczyliby robotnicy torujący drogę ludzkim odkrywcom, którzy mieliby wylądować później.

W nadchodzących dekadach zamiary wiodących światowych agencji kosmicznych są jasne – nie tylko wracamy na Księżyc, ale zamierzamy tam pozostać! W tym celu przeznacza się znaczne środki na badania i rozwój niezbędnych technologii i koncepcji potrzebnych do realizacji tego celu. W latach 2030-tych, być może zobaczymy astronautów (a nawet prywatnych obywateli) przybywających i znikających z Księżyca z regularną częstotliwością.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.