Velkommen tilbage til vores serie om kolonisering af solsystemet! I dag tager vi et kig på de nærmeste himmelske naboer til Jorden. Det er rigtigt, vi tager et kig på Månen!
Chancerne er, at vi alle har hørt om det mere end én gang i vores liv og endda har vores egne tanker om emnet. Men for rumbureauer rundt om i verden, fremtidsforskere og private rumfartsvirksomheder er ideen om at kolonisere Månen ikke et spørgsmål om 'hvis', men 'hvornår' og 'hvordan'. For nogle er etableringen af en permanent menneskelig tilstedeværelse på Månen et spørgsmål om skæbne, mens det for andre er et spørgsmål om overlevelse.
Ikke overraskende er planerne om at etablere en menneskelig bosættelse forud for både Månelandingen og Rumkapløbet. I de sidste par årtier er mange af disse planer blevet støvet af og opdateret takket være planerne for en fornyet æra af måneudforskning. Så hvad skulle der til for at etablere en permanent menneskelig tilstedeværelse på Månen, hvornår kunne det ske, og er vi klar til den udfordring?
Allerede før der blev fremsat forslag til månekolonier, blev ideen om, at menneskeheden lever på Månen udforsket i vid udstrækning i fiktion, med eksempler, der går mere end et århundrede tilbage. Derudover var der betydelige spekulationer så sent som i begyndelsen af det 20. århundrede om, at Månen allerede kan være beboet af oprindelige livsformer (meget ligesom det, man troede om Mars).
Eksempler i skønlitteratur:
Mellem 1940'erne og 1960'erne skrev science fiction-forfatteren Robert A. Heinlein meget om de første rejser og eventuelle kolonisering af Månen. Disse inkluderede flere noveller fra 1940'erne, der beskriver, hvordan livet ville være i bosættelser på 'Luna' (navnet, der almindeligvis bruges af Heinlein til at beskrive en koloniseret måne.
1. udgave omslag (1966). Kredit: Wikipedia Commons/G. P. Putnams sønner
I 1966 udgav Heinlein den Hugo Award-vindende roman, Månen er en barsk elskerinde , som fortæller historien om efterkommerne af en månestraffekoloni, der kæmper for uafhængighed fra Jorden. Denne historie fik bred anerkendelse for den måde, den kombinerede politiske kommentarer med emner som rumudforskning, bæredygtighed og kunstig intelligens. Det var også i dette værk, at Heinlein opfandt udtrykket 'TANSTAAFL' - et akronym for 'There Ain't No Such Thing As A Free Lunch'.
I 1985 udgav Heinlein Katten, der går gennem vægge ,hvor meget af bogen foregår på en Free Luna, efter at den vandt sin kamp for uafhængighed og inkluderer karakterer fra nogle af hans tidligere værker.
Månekolonisering blev også udforsket i fiktion af den afdøde og store Arthur C. Clarke. Dette omfattede novellen Jordlys (1955), hvor en bosættelse på Månen befinder sig midt i en krig mellem Jorden og en alliance mellem Mars og Venus. Dette blev efterfulgt af Et fald af månestøv (1961), som viser et måneskib fyldt med turister, der synker ned i et hav af månestøv.
Originalt omslag fra 1968. Kredit: Wikipedia Commons/Hutchinson (UK)/ New American Library (US)
I 1968 samarbejdede Clarke med instruktør Stanley Kubrick om at skabe science fiction-filmen 2001: A Space Odyssey , hvor en del af plottet foregår i en amerikansk månekoloni, der er i karantæne, efter at en genstand af fremmed oprindelse er fundet i nærheden. Clarke uddybede dette i romanversionen, der blev udgivet samme år. En månekoloni er også nævnt i Clarkes Nebula og Hugo Award-vindende roman Rendezvous med Rama (1973).
Sci-fi-kollegaen Ursula K. Le Guin inkluderer også en månekoloni i sin roman fra 1971 Himlens Drejebænk , som vandt Locus Award for bedste roman i 1972 og blev filmatiseret to gange (1980 og 2002). I en alternativ virkelighed etableres månebaser i 2002 og derefter angrebet af en fjendtlig fremmed art fra Aldebaran (som i en anden virkelighed er godartede).
I 1973 udgav den afdøde og store Isaac Asimov romanen Guderne selv ,hvor det tredje afsnit foregår i en måneboplads i begyndelsen af det 22. århundrede. De gale (1988) af Kim Stanley Robinson (forfatter af Rød Mars trilogi, 2312 og daggry ) centrerer sig om en gruppe af slaverede minearbejdere, der er tvunget til at arbejde under månens overflade, igangsætter et oprør.
2017-romanen Artemis af Andy Weir. Kredit: Amazon/Crown publishing
Novellen fra 1995 ' Byrd Land Six ” af Alastair Reynolds nævner en månekoloni med en økonomi centreret omkring udvinding af helium-3. I 1998 udgav Ben Bova Måneopgang og Månekrig , to romaner, der centrerede sig om en månebase, der er etableret af et amerikansk selskab, og som til sidst gør oprør mod Jorden. Disse er en del af hans ' Grand Tour ” serier, der samlet beskæftiger sig med koloniseringen af solsystemet.
I 2017, Andy Weir (forfatter afMarsmanden) frigivet Artemis , en roman, der foregår i en måneby, hvis økonomi er bygget op omkring måneturisme. Der lægges stor vægt på detaljerne i det daglige liv på Månen, som omfatter beskrivelser af et atomkraftværk, en aluminiumssmelter og et iltproduktionsanlæg.
Forslag:
Det tidligste registrerede eksempel på mennesker, der lever på Månen, blev lavet i det 17. århundrede af biskop John Wilkins. I hans En diskurs om en ny verden og en anden planet (1638) forudsagde han, at mennesker en dag ville lære at mestre flyvning og etablere en månekoloni. Detaljerede og videnskabeligt baserede forslag ville dog først komme i det 20. århundrede.
I 1901 skrev H.G. Wells De første mænd på månen , som fortæller historien om indfødte månebeboere (selenitter) og inkluderer elementer af ægte videnskab. I 1920, Konstantin Tsiolkovsky (af mange hyldet for at være 'far til astronautik og raketteknik') skrev romanen Uden for Jorden . Denne roman fortæller historien om mennesker, der koloniserer solsystemet og beskriver i detaljer, hvordan livet ville være i rummet.
Med begyndelsen af Space Race i 1950'erne er en række koncepter og design blevet foreslået af videnskabsmænd, ingeniører og arkitekter. I 1954 foreslog Arthur C. Clarke oprettelsen af en basismåne bestående af oppustelige moduler dækket af månestøv til isolering. Kommunikation ville blive opretholdt med astronauter i felten ved hjælp af en oppustelig radiomast.
Med tiden ville der blive bygget en større, permanent kuppel, der var afhængig af en algebaseret luftrenser, en atomreaktor til strøm og elektromagnetiske kanoner til at sende last og brændstof til fartøjer i rummet. Clarke ville udforske dette forslag yderligere med sin novelle fra 1955Jordlys.
I 1959 lancerede den amerikanske hær en undersøgelse kendt som Projekt Horisont , en plan om at etablere et fort på Månen i 1967. Planen forudså en første landing udført af to 'soldater-astronauter' i 1965, efterfulgt af bygningsarbejdere og last leveret ved hjælp af iterationer af Saturn I raket kort tid efter.
I 1959 foreslog John S. Rinehart – daværende direktør for Mining Research Laboratory ved Colorado School of Mines – en månestruktur, der kunne '[flyde] i et stationært hav af støv'. Dette var som svar på den dengang populære teori om, at der var oceaner af regolith, der var oppe 1,5 km (en mil) dybt på Månen.
Dette koncept blev skitseret i Rineharts undersøgelse, ' Grundlæggende kriterier for månebygning ', i Journal of the British Interplanetary Society , hvor han beskrev en 'flydende base' bestående af en halvcylinder med halve kupler i begge ender og et mikrometeoroid skjold placeret ovenover.
En månebase, som NASA forestillede sig i 1970'erne. Kredit: NASA
I 1961, samme år som præsident Kennedy annoncerede Apollo-programmet, udgav det amerikanske luftvåben en hemmelig rapport baseret på den tidligere vurdering af en månemilitærbase lavet af den amerikanske hær. Kendt som Lunex projekt , opfordrede planen til en besætningsmånelanding, der i sidste ende ville føre til en underjordisk luftvåbenbase på Månen i 1968.
I 1962 udgav John DeNike (programlederen for NASAs avancerede programmer) og Stanley Zahn (teknisk direktør for Lunar Basing Studies i Martin Company's Space Division) en undersøgelse med titlen 'Lunar Basing'. Deres koncept krævede en underjordisk base placeret ved Sea of Tranquility, det fremtidige landingssted forApollo 11mission.
Ligesom Clarkes forslag vil denne base være afhængig af atomreaktorer til strøm og et algebaseret luftfiltreringssystem. Basen vil bestå af 30 habitatmoduler fordelt på syv opholdsområder, otte driftsområder og 15 logistikområder. den samlede base ville måle 1300 m² (14.000 ft²) i størrelse, der kunne rumme 21 besætningsmedlemmer.
I løbet af 1960'erne producerede NASA flere undersøgelser, der gik ind for skabelsen af levesteder inspireret af Apollo-programmets missionsarkitektur (især Saturn V raket og derivater deraf). Disse planer forudså, at rumstationsmoduler skulle placeres på månens overflade og bruge eksisterende design og teknologi for at reducere omkostningerne og sikre pålidelighed.
Det kan være lettere at bygge en månebase, hvis astronauter kunne høste lokale materialer til konstruktionen og livsstøtte generelt. Kredit: NASA/Pat Rawlings
I 1963, i løbet af den 13Proceedings of Lunar and Planetary Exploration Colloquium,William Sims producerede en undersøgelse med titlen 'Architecture of the Lunar Base'. Hans design opfordrede til, at der skulle bygges et levested under muren af et nedslagskrater med et landingsfelt i nærheden til rumfartøjer. Habitatet ville være tre etager højt med det øverste niveau, der giver udsigt til overfladen gennem vinduer.
Disse vinduer ville også tillade lys at trænge ind i habitatet og ville blive isoleret med vandtanke til strålingsbeskyttelse. Strøm skulle leveres af atomreaktorer, mens dele af habitatet ville være dedikeret til at levere kontorlokaler, værksteder, laboratorier, opholdsområder og en gård for at producere så meget af besætningens mad som muligt.
Men det måske mest indflydelsesrige design af Apollo-æraen var to-bindets ' Lunar Base Synthesis Study “, afsluttet i 1971 af luftfartsfirmaet North American Rockwell. Undersøgelsen producerede et konceptuelt design for en række Lunar Surface Bases (LSB), der blev afledt af en relateret undersøgelse for en kredsende månestation.
I de senere år har flere rumbureauer udarbejdet forslag til at bygge kolonier på Månen. I 2006 , annoncerede Japan planer om en månebase i 2030. Rusland fremsatte et lignende forslag i 2007 , som ville blive bygget mellem 2027-32. I 2007, Jim Burke fra International Space University i Frankrig foreslog at oprette en Lunar Noah’s Ark at sikre, at den menneskelige civilisation ville overleve en katastrofal begivenhed.
Kunstnerens indtryk af en 3D-printet månebase. Kredit: ESA/Foster + Partners
I august 2014 , mødtes repræsentanter fra NASA med industriledere for at diskutere omkostningseffektive måder at bygge en månebase i polarområderne inden 2022. I 2015 skitserede NASA et koncept for måneafvikling, der ville stole på robotarbejdere (kendt som Transformere ) og heliostater til at skabe en månebosættelse omkring Månens sydlige polarområde.
I 2016 foreslog ESA-chef Johann-Dietrich Wörner oprettelsen af en international landsby på Månen som efterfølger til den internationale rumstation. Oprettelsen af denne landsby ville være afhængig af de samme partnerskaber mellem instanser som ISS, såvel som partnerskaber mellem regeringer og private interesser.
Udfordringer:
Det siger sig selv, at oprettelsen af en månekoloni ville være et massivt engagement med hensyn til tid, ressourcer og energi. Mens udviklingen af genanvendelige raketter og andre foranstaltninger reducerer omkostningerne ved individuelle opsendelser, er det stadig en meget dyr satsning at sende nyttelast til Månen - især hvor flere tunge opsendelser ville være påkrævet.
Der er også spørgsmålet om de mange naturlige farer, der kommer fra at leve på en krop som Månen. Disse omfatter ekstreme temperaturer, hvor den solvendte side oplever temperaturer på 117 °C (242 °F), mens den mørke side oplever laveste temperaturer på -43 °C (-46 °F). Det meste af månens overflade er også udsat for påvirkninger fra meteoroider og mikrometeoroider.
En kunstners indtryk af en måneeksplosion - forårsaget af nedslaget af en meteorit. Kredit: NASA/Jennifer Harbaugh
Månen har også en atmosfære, der er spinkel, den er praktisk talt vakuum. Dette er en del af grunden til, at Månen gennemgår sådanne ekstreme temperaturer, og hvorfor overfladen er præget af påvirkninger (dvs. der er ingen atmosfære for meteorer at brænde op i). Det betyder også, at eventuelle sætninger skal være lufttætte, tryksatte og isolerede mod det ydre miljø.
Manglen på en atmosfære (samt en magnetosfære) betyder også, at overfladen er udsat for langt mere stråling, end vi er vant til her på Jorden. Dette inkluderer solstråling, som bliver meget værre under en solbegivenhed, og kosmiske stråler.
Mulige metoder:
Siden begyndelsen af rumalderen er der kommet flere forslag til, hvordan og hvor en månekoloni kunne bygges. Hvor er af særlig betydning, da enhver bosættelse skal give en vis grad af beskyttelse mod elementerne. Som man siger, er de tre vigtigste overvejelser i fast ejendom: 'placering, beliggenhed og beliggenhed.'
Af denne grund er der i årenes løb blevet fremsat adskillige forslag om at konstruere månehabitater på steder, der ville give mulighed for naturlig beskyttelse og/eller indeslutning. I øjeblikket er den mest populære af disse Sydpolen Aitken-bassinet , et massivt nedslagsområde omkring Månens sydlige polarområde, der er stærkt krateret.
Højdedata for Månen, der viser Sydpolen-Aitken-bassinet. Kredit: NASA/GSFC/University of Arizona
Et af de største træk ved denne region er, at den er permanent i skygge, hvilket betyder, at den oplever meget mere stabile temperaturer. Derudover har flere missioner bekræftet tilstedeværelsen af vandis i regionen, som kunne høstes for at lave alt fra brint (eller hydrazen) brændstof og oxygengas til drikke- og kunstvandingsvand.
Ud over det vil ethvert forsøg på at kolonisere Månen skulle udnytte teknologier som additiv fremstilling (alias 3D-print), robotarbejdere og teletilstedeværelse. Basen (eller baserne) skal også fremstilles og forsyne så meget som muligt ved hjælp af lokale ressourcer, en metode kendt som in-situ ressourceudnyttelse (ISRU).
NASA og ESA har udforsket konceptet i mange år og har begge produceret deres egne metoder til at omdanne måneregolith og andre ressourcer til brugbare materialer. For eksempel har ESA siden 2013 arbejdet sammen med arkitektfirmaet Pleje + partnere at designe deres International Moon Village .
Deres foreslåede metode til at bygge denne base består i at placere oppustelige rammer på overfladen, som derefter vil blive dækket med en form for beton lavet af månens regolit, magnesiumoxid og et bindesalt. NASA har foreslået en lignende metode, som kræver, at robotarbejdere bruger 'sintret' regolith til 3D-printbaser. Dette består i at smelte regolit ved at bombardere det med mikrobølger og derefter printe det ud som en smeltet keramik.
Andre ideer involverer at bygge levesteder ned i jorden og have et øvre niveau, der giver adgang til overfladen og tillader naturligt lys at komme ind. Der er endda forslaget om at bygge månebopladser inde i stabile lavarør, som ikke kun ville give beskyttelse mod rummets vakuum og støder, men kan lettere presses.
Der er endda forslaget om en Solenoid Måne-base som ville give sin egen strålingsafskærmning. Dette koncept blev præsenteret af civilingeniør Marco Peroni på 2017 AIAA Space and Astronautics Forum and Exposition og består af gennemsigtige kupler omsluttet af en torus af højspændingskabler. Denne torus ville give aktiv magnetisk afskærmning mod stråling og ville gøre det muligt at bygge bosættelser hvor som helst på overfladen.
Overfloden af is omkring polarområderne vil give bosættere en stabil kilde til drikkevand, kunstvanding og kan endda behandles til at producere brændstof og åndbar ilt. En streng genbrugsordning vil være nødvendig for at sikre, at affald holdes på et minimum, og komposttoiletter vil højst sandsynligt blive brugt i stedet for skylletoiletter.
Disse komposttoiletter kunne kombineres med måneregolith for at skabe voksende jord, som derefter kunne vandes ved hjælp af lokalt høstet vand. Dette ville være essentielt i betragtning af, hvordan månekolonisterne skulle dyrke meget af deres egen mad for at reducere antallet af forsendelser, der skal sendes fra Jorden med jævne mellemrum.
Månevand kunne også bruges som strømkilde, hvis kolonierne er udstyret med elektrolysebatterier (hvor vandmolekyler opdeles i brint og oxygen og brinten forbrændes). Andre strømkilder kunne omfatte solcellepaneler, som kunne bygges rundt om kraterkanterne og kanalisere strøm til bosættelserne i dem.
Rumbaseret solenergi ville også være i stand til at levere rigelig energi til bosættelser over hele månelandskabet. Atomreaktorer er en anden mulighed, ligesom fusion ( tokamak ) reaktorer. Denne sidstnævnte mulighed er især attraktiv i betragtning af, at Helium-3 (en strømkilde til fusionsreaktorer) er mere udbredt på månens overflade end på Jorden.
Potentielle fordele:
For at være retfærdig har det nogle alvorlige potentielle fordele at etablere en koloni på et hvilket som helst af himmellegemerne i vores solsystem. Men at have en koloni på det nærmeste himmellegeme til Jorden ville være særligt gavnligt. Ikke alene ville vi være i stand til at udføre forskning, udvinde ressourcer og høste fordelene ved nye teknologier, at have en base på Månen ville lette missioner og koloniseringsbestræbelser til andre planeter og måner.
For at sige det enkelt, kan en koloni på Månen fungere som trædesten til Mars, Venus, Asteroidebæltet og videre. Ved at have infrastruktur på Månens overflade og i kredsløb – som kunne tanke op og reparere rumfartøjer på vej længere ud i solsystemet – kunne vi barbere milliarder af omkostningerne ved dybe rummissioner.
Dette er en af grundene til, at NASA planlægger at etablere en rumstation i kredsløb om Månen - den Lunar Orbital Platform-Gateway (LOP-G), aka. Lunar Gateway, tidligere kendt som Deep Space Gateway. Det er også en af grundene til, at ESA ønsker at bygge sin Moon Village med internationale partnere. Kina og Rusland overvejer også deres egne overflade- eller orbitale forposter af netop denne grund.
Måneforskning ville også være yderst lukrativ. Ved at studere virkningerne af lav tyngdekraft på den menneskelige krop, vil astronauter være bedre forberedt til at håndtere virkningerne af langvarige rumrejser, missioner til Mars og andre kroppe, hvor lav-g er en realitet. Disse undersøgelser kunne også være med til at bane vejen for etablering af kolonier på disse organer.
Den anden side af Månen giver også seriøse muligheder for alle former for astronomi. Da den vender væk fra Jorden, er den anden side af Månen fri for radiointerferens, hvilket gør den til et fremragende sted for radioteleskoper. Da Månen ikke har nogen atmosfære, ville optiske teleskoparrays – som ESO’s Very Large Telescope (VLT) i Chile – også være fri for interferens.
Og så har du interferometre – som LIGO og Event Horizon Telescope (EHT), der ville være i stand til at søge efter gravitationsbølger og afbilde sorte huller med større effektivitet. Der kunne også udføres geologiske undersøgelser, som ville afsløre meget mere om Månen og dannelsen af Jord-Måne-systemet.
Kunstnernes indtryk af Moon Base Alpha, SpaceX's forudsete månepost forsynet med Starship (aka. BFR). Kredit: SpaceX
Overfloden af ressourcer på Månen, såsom helium-3 og forskellige ædle og sjældne jordarters metaller, kunne også give mulighed for en eksportøkonomi. Dette ville blive hjulpet af det faktum, at Månen har en meget lavere flugthastighed end Jorden – 2,38 km/s (1,5 mps) sammenlignet med 11,186 km/s (6,95 mps). Dette skyldes, at Månen har en brøkdel af Jordens tyngdekraft (0,1654g), hvilket betyder, at det ville være meget billigere at opsende nyttelast i rummet.
Men selvfølgelig ville ingen måneøkonomi være komplet uden måneturisme. En koloni på overfladen, plus infrastruktur i kredsløb, ville gøre regelmæssige besøg på Månen både omkostningseffektive og endda rentable. Det er ikke svært at forestille sig, at dette kan føre til etablering af alle former for fritidsaktiviteter - lige fra resorts og kasinoer til museer og ekspeditioner på tværs af overfladen.
Med den rigtige form for engagement i form af ressourcer, penge og arbejdskraft – for ikke at nævne nogle alvorligt eventyrlystne sjæle! - der kunne være sådan noget som selenianere en dag (eller som Heinlein kaldte dem 'Loonies').
Vi har skrevet mange artikler om månekolonisering her på Universe Today. Her er Paul Spudis' plan for en bæredygtig og overkommelig månebase , Hvorfor kolonisere månen først? , Stabilt lavarør kunne give et potentielt menneskeligt habitat på månen , og ESA planlægger at bygge en international landsby ... på månen! .
For mere information, tjek vores firedelte serie, 'Building a Moon Base':
- Opbygning af en månebase: Del 1 – Udfordringer og farer
- Opbygning af en månebase: Del 2 – Habitatkoncepter
- Opbygning af en månebase: Del 3 – Strukturelt design
- Bygning af Moon Base: Del 4 – Infrastruktur og transport
For et glimt af, hvordan liv og arbejde kunne være på Månen, tjek ud Hvad er Moon Mining ?, og Dette er vigtigt! Elever finder ud af, hvordan man laver øl på månen .
Astronomy Cast har også nogle dejlige episoder om emnet. Her er Afsnit 115: Månen, del 3: Return to the Moon .
Kilder:
- NASA - Jordens måne
- NASA - Månen til Mars
- NASA - Hvad er Artemis?
- Wikipedia – Månens kolonisering
- ESA – Opbygning af en månebase med 3D-print
- PSRD - Mining af månen, Mars og asteroider
- PSRD – Kosmokemi og menneskelig udforskning
- NASA – Lunar Base Synthesis Study – Flyvningen. jeg og bind II
- LPI – Lunar Bases and Space Activities of the 21st Century
- Astronomi - Moon Village: Menneskehedens første skridt mod en månekoloni?