Kolonijos Mėnulyje

Po poros dienų į kosmosą turėtų pakilti pirmasis Artemis programos skrydis. Artemis I skris be įgulos ir Mėnulyje nenusileis, tačiau išbandys daugybę technologijų, kurių reikės žmonių sugrįžimui į palydovą. Jei viskas eisis pagal planą, 2024-ųjų gegužę įvyks bandomasis skrydis su įgula, o 2025-aisiais žmonės po daugiau nei penkių dešimtmečių pertraukos išsilaipins Mėnulyje. Ir ne tik išsilaipins, bet ir pasiliks: vienas iš Artemis programos tikslų yra įrengti Mėnulyje nuolat gyvenamą tyrimų stotį. Tai nenutiks pirmojo skrydžio metu ar jam ruošiantis, tačiau, pagal dabartinius planus, pirmieji stoties moduliai Mėnulyje turėtų iškilti dar iki dešimtmečio pabaigos. Vis drąsiau svajojama, jog nedidelė stotis nebus vienintelis nuolatinis statinys Mėnulio paviršiuje – ilgainiui ten gali atsirasti ir didesni pastatų kompleksai, gal net didžiuliai miestai. O jei dar pridėsime kinų planus iki dešimtmečio pabaigos pasiekti Mėnulį ir galimai iš to kilsiančias dar vienas kosmines lenktynes, galime nesunkiai įsivaizduoti, kad paskatų plėsti infrastruktūrą Mėnulyje bus nemažai.

Kaip toji infrastruktūra galėtų atrodyti? Kur bus statomi pirmieji nuolatiniai statiniai Mėnulyje ir kodėl? Ką valgys ir gers, kuo kvėpuos ten gyvenantys astronautai ar taikonautai? Kaip skraidys į Mėnulį ir atgal? Ir kaip gali išsivystyti pirmosios kolonijos?

Kolonija Mėnulyje. Kol kas tai – tik fantastinė vizualizacija, bet kada nors gali tapti realybe. Autorius: Jort van Welbergen

Šio pažintinio straipsnio nebūtų buvę, jei ne dosnūs mano rėmėjai Contribee platformoje. Ačiū jums! Jei manote, kad mano tekstai verti reguliarios paramos, prisidėti prie jų galite ir jūs.

Artemis nusileidimas planuojamas arti Mėnulio pietų ašigalio. Ši vieta turi du pagrindinius privalumus, svarbius ilgalaikei misijai: vandenį ir energiją. Tvirtų įrodymų, kad Mėnulyje esama daug vandens, sulaukėme tik prieš kiek daugiau nei dešimtmetį, kai Mėnulio paviršiaus atspindžio spektre užfiksuoti vandenilio-deguonies jungčių signalai. Ir tik prieš keletą metų galutinai patvirtinta, jog vandens esama krateriuose arti Mėnulio ašigalių, ypač pietinio. Žinoma, vanduo ten egzistuoja arba kaip pavienės molekulės, sukibusios su paviršinėmis dulkėmis, arba kaip ledo klodai. Būtent pastarieji labiausiai ir domina kaip vandens šaltinis būsimiems kolonistams. Ledas susikaupęs ašigalinių kraterių dugne. Jų niekada neapšviečia Saulė, mat Mėnulio ašis pasvirusi tik penkiais laipsniais, todėl prie ašigalio Saulė visada pakyla labai žemai virš horizonto. Neapšviestuose krateriuose laikosi ypatingai žema temperatūra, kurioje ledas negaruoja net ir vakuume. Įrengus koloniją kraterio viršuje, iš jo dugno galėtume kasti ledo gabalus ir pasigaminti vandenį, reikalingą ne tik žmonėms atsigerti, bet ir augalams auginti, pramoniniams procesams palaikyti ar raketiniam kurui gaminti. Galų gale, vandens elektrolizė yra puikus būdas išgauti deguoniui.

Shackleton krateris ties Mėnulio pietų ašigaliu. Greta jo turėtų būti įrengta Artemis misijos bazė. Kraterio dugno niekada neapšviečia Saulė. Vizualizacija sukurta remiantis Lunar Reconnaisance Orbiter duomenimis. Šaltinis: NASA Visualization Studio

Tiek elektrolizei, tiek visiems kitiems procesams, žinoma, reikalinga energija. Ir čia taip pat labai naudingas beveik nekintantis Saulės aukštis virš horizonto. Panašiai, kaip kraterių dugno niekada neapšviečia Saulė, taip kai kurios viršukalnės praktiškai niekada nepatenka į šešėlį. Idėja, kad arti Mėnulio ašigalių galėtų būti “amžinos šviesos viršukalnių”, iškelta dar XIX a. pradžioje. Šiame amžiuje orbitinių zondų stebėjimai atskleidė, kad tikrai amžinai apšviestų viršukalnių Mėnulyje nėra, tačiau egzistuoja regionai, kuriuose Saulė šviečia daugiau nei 90% laiko. Kai kuriuose iš jų Saulė visiškai nenusileidžia daugiau nei pusę metų, o ir likusį laiką tamsos periodai trunka ne ilgiau nei keliasdešimt valandų per mėnesį. Nepamirškime, kad tipinėje Mėnulio paviršiaus vietoje naktis trunka dvi savaites, o po jų seka dviejų savaičių ilgio diena. Šiuose beveik amžinai apšviestuose regionuose įrengus Saulės baterijas, energiją būtų galima gauti daug efektyviau, nei Žemėje. Padėtų čia ne tik ilgas apšviestumo laikas, bet ir atmosferos nebuvimas, mat tada nei Saulės šviesa išsisklaidytų, nei dulkes vėjas užpūstų ant baterijų. Situaciją dar labiau pagerinti galima, baterijas įrengiant aukštame bokšte, kuris suktųsi, sekdamas Saulės padėtį. Jis iškiltų visiškai virš Mėnulio šešėlio ir jo nepasiektų net tos menkos dulkės, kurias sukeltų netoliese besileidžiantys erdvėlaiviai. O pastatyti kilometro aukščio stulpą Mėnulyje, kur gravitacija šešis kartus silpnesnė, galima daug lengviau, nei Žemėje.

Vertikalios Saulės baterijos, įrengtos arti Mėnulio ašigalio (koncepcijos vizualizacija). Kai kuriose vietose užtektų jas įrengti keliolikos metrų aukštyje, kad visus metus jas apšviestų Saulė. Kitur galima būtų pastatyti ir kelių šimtų metrų aukščio bokštą. Šaltinis: NASA

Vien vandeniu ir Saule kolonistai gyvi nebus. Visų pirma, jiems reikės pasistatyti gyvenamąją erdvę, taip pat reikės maisto ir kitokių išteklių. Kai ką atsigabenti iš Žemės įmanoma ir bus būtina, tačiau laikui bėgant vis daugiau resursų turės būti išgaunami čia pat, Mėnulyje. Vienas pirmųjų tokių resursų bus regolitas – Mėnulio paviršių dengiančios dulkės. Konsistencija jos primena miltus, tačiau pavienės dulkelės yra labai aštrios ir lengvai įsielektrina, todėl Apollo misijų metu kėlė daug problemų astronautams. Visgi regolitas gali būti ir naudingas – pavyzdžiui, gaminti betonui. Jį būtų galima panaudoti vietoje žvyro, o smulkintus ir išgrynintus daug kalcio turinčius Mėnulio riedulius – vietoje cemento. Pridėjus vandens, gauto iš tų pačių ledynų arba išskirto iš regolito, galima maišyti cementą. Tokia idėja iškelta prieš daugiau nei tris dešimtmečius ir nuo tada po truputį vystoma, atliekant bandymus tiek su tikro regolito mėginiais, tiek su dirbtiniais analogais. Gauti rezultatai visai neblogi – “mėnuliškas” betonas savybėmis nenusileidžia įprastiniam, žemiškam, taigi jį būtų galima panaudoti pastatų konstrukcijoms.

Kalbant apie pastatų konstrukcijas, reikėtų apsibrėžti, kokie tie pastatai bus. Nors dažnai Mėnulio kolonijos vaizduojamos kaip miesteliai iš keleto ar daugybės kupolų, sujungtų koridoriais, su erdvėlaivių pakilimo aikštelėmis fone, realybė gali būti daug mažiau krentanti į akis. Patogiausia vieta įsikurti gyventi Mėnulyje yra lavos tuneliai. Tai kiaurymės, susiformavusios tolimoje praeityje, kai Mėnulyje dar buvo skystų uolienų. Negiliai po paviršiumi tekanti magma išgraužė tunelius, kurie vėliau liko tušti. Kai kur magma veržėsi iš tunelių lauk, todėl dabar ten yra kiaurymės ir galime pamatyti tunelių dugną – būtent tokie vaizdai ir padėjo juos aptikti. Pirmosios nuotraukos padarytos prieš kiek daugiau nei dešimtmetį. Šiuo metu jų žinoma bent 16, o gal ir pora šimtų. Lavos tunelyje gyvenantys astronautai būtų apsaugoti nuo žalingos spinduliuotės ir meteoritų smūgių; be to, jiems užtektų pasigaminti palyginus nedidelį barjerą, dengiantį išėjimą iš tunelio, kad galėtų jį užpildyti atmosfera. Tokia konstrukcija gali būti daug paprastesnė, nei statyti kupolus – ar iš Mėnulio betono, ar iš kokių kitų medžiagų. Pridėkime dar neseną tyrimą, kuriame apskaičiuota, jog lavos tuneliuose greičiausiai nusistovėjusi maždaug 20 laipsnių Celsijaus temperatūra, ir privalumų matome tikrai daug. Deja, kol kas lavos tunelių neaptikta pakankamai arti Mėnulio ašigalių, kad būtų galima svarstyti juose įrengti bazę su visais ašigalių teikiamais privalumais. Taigi pradžioje teks pasitenkinti gyvenimu ant paviršiaus, bet vėliau galbūt pavyks panirti ir po juo.

Mėnulio kolonijos koncepcinis piešinys. Šaltinis: ESA, P. Carril
Kolonijos lavos tunelyje koncepcinis piešinys. Idėja pritaikyta Marsui, bet tokia pati tinka ir Mėnuliui. Ilgainiui tunelį būtų galima uždaryti, o koloniją praplėsti iki viso tunelio tūrio, ne atskirų kupolų. Šaltinis: National Geographic, Pixoloid studios

Kur begyventų astronautai, jiems reikės ne tik vandens ir betono, bet ir kitokių resursų. Pavyzdžiui, metalų ar silicio. Jų irgi yra Mėnulio paviršiuje. Pavyzdžiui, ten gausu mineralo anortito, kurį sudaro kalcio, aliuminio, silicio ir deguonies atomai. Atskiriant juos vienus nuo kitų, galima išgryninti visas šias medžiagas, naudingas įvairiausiems procesams, nuo statybų iki elektroninių prietaisų gamybos. Deguonies taip pat yra geležies okside, kurio gausu įvairiuose Mėnulio paviršiaus mineraluose. Įkaitinus oksidą ir paveikus jį vandenilio dujomis, deguonis pabėga nuo geležies ir sudaro vandens molekules – tai galėtų būti alternatyvus būdas išgauti tiek vandeniui, tiek deguoniui, neturint vandens ledo išteklių. Dar Mėnulyje yra santykinai gausu titano bei magnio, o kai kuriose vietose, vadinamose KREEP vietovėmis – įvairių retųjų žemių elementų, kurie būtini visokiausiai moderniai elektronikai. Kada nors šių metalų išgavimas gali tapti Mėnulio pramonės ir eksporto pagrindu, mat Žemėje didžiąją dalį šių metalų išteklių turi ir eksploatuoja Kinija. Priklausomai nuo to, kaip pūs politiniai vėjai, importuoti retųjų žemių elementus gali labiau apsimokėti iš Mėnulio. Galiausiai, Mėnulio plutoje yra apie tūkstantį kartų daugiau helio-3 (izotopo, turinčio du protonus ir vieną neutroną branduolyje), nei Žemėje – jį ten per milijardus metų atnešė ir paliko Saulės vėjas. Nors net ir tokia koncentracija vis tiek yra labai mažytė – skaičiuojama dalelėmis milijarde – išmokus išgauti šį elementą, jis gali pasitarnauti branduolinės sintezės energetikos vystymui.

Taigi, Mėnulyje galima pasigaminti energijos, išgauti vandens, statybinių medžiagų ir kitų resursų. Ar įmanoma ten užsiauginti maisto? Žinoma, atvirai paviršiuje niekas neaugs, bet šiek tiek naudos iš vietinių medžiagų galima gauti ir šiuo atveju. Vos prieš keletą mėnesių paskelbti eksperimento rezultatai, rodantys, kad Mėnulio regolite įmanoma išauginti augalus. Tiesa, augalas – baltažiedis vairenis (arabidopsis thaliana), labai dažnai naudojamas botaniniuose eksperimentuose – regolite augo prasčiau, nei dirvoje ar vulkaniniuose pelenuose, nors ir maitinamas tokiu pačiu maistinių medžiagų ir vandens mišiniu. Visgi vien faktas, kad augalai sugeba augti regolite, yra labai svarbus – jis reiškia, kad bent dalį dirvos bus galima pakeisti vietinėmis medžiagomis. Be to, negalime atmesti ir tikimybės, kad kurie nors kiti augalai regolite augs taip pat gerai, kaip ir dirvoje. Juos bus galima panaudoti pagaminti kompostui, kuriuo tręšiamas regolitas taps vis panašesnis į žemišką dirvą. Taigi biosferos sukūrimui Mėnulio kolonijose galbūt nereikės milžiniškų kiekių žemiškos dirvos. Žinoma, ilgą laiką – ne vienerius metus, gal ir dešimtmečius – Mėnulio kolonistai bus priklausomi nuo maisto, gabenamo iš Žemės. Bet po truputį jį pakeis auginamas vietoje – iš pradžių kai kurie augalai, vėliau jų vis daugės, galiausiai gali prisidėti ir dirbtinė mėsa. O gali nutikti ir priešingai – tobulėjančios mėsos gaminimo be gyvūnų technologijos gali rasti pritaikymą Mėnulyje anksčiau, nei pavyks ten išauginti sudėtingus augalus; ir gal net anksčiau, nei Žemėje.

Baltažiedžio vairenio ūgliai vulkaniniuose pelenuose (kairėje) ir Mėnulio regolite (dešinėje). Nors ir menkesni, augalai augo ir Mėnulio grunte. Šaltinis: UF/IFAS photo by Tyler Jones

Dar vienas iššūkis – skrydžiai į Mėnulį ir, ypač, iš jo. Šiuo metu skaičiuojama, kad vienas skrydis į Mėnulį NASA planuojamais prietaisais – Orion erdvėlaiviu, naudojant Space Launch System (SLS) raketą, – kainuos apie keturis milijardus dolerių. Turint omeny, kad NASA metinis biudžetas yra apie 24 milijardus dolerių, akivaizdu, kad daug tokių skrydžių administracija rengti nepajėgs. O bet kokiai rimtai tyrimų stočiai, ką jau kalbėti apie koloniją, kelionių reikės ne vienos dešimties. Taip pat reikės ir patogios nusileidimo/pakilimo aikštelės Mėnulyje, kad kiekvienas skrydis nepakeltų debesies dulkių ir neužpustytų aplinkinių pastatų. Žinoma, kiekviena technologija yra tobulinama ir vis gerėjančios raketos bei erdvėlaiviai turbūt kažkiek atpigs, bet norėtųsi ir rimtesnių proveržių. Tokio radikalaus pokyčio, kaip SpaceX padarė skrydžiuose į artimąjį kosmosą, turbūt nebus – raketos pirmosios pakopos saugus sugrąžinimas į Žemę SLS atveju tokios naudos neduos. Bet padėti gali kosminės stoties orbitoje aplink Mėnulį įrengimas.

Ši stotis, vadinama Mėnulio vartais (Lunar Gateway), pradžioje buvo pristatoma kaip neatsiejama Artemis projekto dalis, tačiau vėliau tapo atskiru, nors ir susijusiu, projektu. Planuojama, kad stotį kartu kurs NASA, Kanados, Japonijos ir Europos kosmoso agentūros bei komerciniai partneriai. Pirmasis jos modulis Mėnulio link turėtų išskristi jau 2024 metų pabaigoje, tačiau stotis bus statoma ir pildoma moduliais dar bent keletą metų po to. Tokios stoties egzistavimas padėtų Mėnulio misijoms labai įvairiais aspektais: nuo koordinavimo ir valdymo iki kuro atsargų papildymo. Be to, ten būtų galima tyrinėti žmonių adaptaciją ilgoms kosmoso misijoms dar geriau, nei Tarptautinėje kosminėje stotyje.

Lunar Gateway stoties koncepcinė iliustracija. Pavaizduotas prie jos artėjantis ir švartuotis besiruošiantis erdvėlaivis. Šaltinis: NASA

Laikui bėgant, Mėnulio vartai galėtų tapti reikšminga transporto stotele skrendant tarp Mėnulio ir Žemės. Ten galėtų būti kaupiamas kuras, gaminamas Mėnulio paviršiuje arba netgi orbitoje iš asteroidų ir kometų ledo. Erdvėlaiviai, skrendantys iš Mėnulio, turėtų kilti tik su tiek kuro, kiek reikia pakilti į orbitą, o likusiam skrydžiui reikalingas atsargas prisipiltų stotyje. Analogiškai ir skrendant iš Žemės – nusileidimui į Mėnulį reikalingo kuro nereikėtų gabentis iš planetos. Be to, netgi būtų galima sukurti atskirus erdvėlaivius, pritaikytus atitinkamai Žemei ir Mėnuliui, kurie kursuotų tik tarp savojo dangaus kūno ir stoties, o žmonės bei daiktai būtų perkraunami tarp jų stotyje. Galiausiai tokia stotis galėtų tapti ir didesnės orbitinės infrastruktūros pradžia – ten galėtų atsirasti ir erdvėlaivių remonto dirbtuvės bei statyklos, resursų perdirbimo centrai, gyvenamosios erdvės, pramoginiai kompleksai… Kitaip tariant, iškiltų orbitinis miestas. Bet čia jau kita tema, nei kolonijos Mėnulyje.

Pirmieji nuolatiniai statiniai Mėnulyje atsiras dar šiame dešimtmetyje. Kiek užtruks, kol jie pavirs miestu? Gali būti, kad labai ilgai. Štai Antarktidoje pirmosios tyrimų stotys įrengtos prieš daugiau nei šimtmetį (Argentinos Orcadas stotis, įkurta 1904 metais, vis dar veikia; Amundseno-Skoto stotis Pietų ašigalyje veikia nuo 1957-ųjų), tačiau miestų ten nėra. Žinoma, tą iš dalies lemia ir politinės aplinkybės – susitarimas palikti Antarktidą moksliniams tyrimams ir nekolonizuoti jos. Kaip bus su Mėnuliu – nežinia. Pagal Tolimojo kosmoso sutartį kolonizuoti Mėnulio negalima – kitaip tariant, nei viena šalis negali reikšti teritorinių pretenzijų į jokią Mėnulio dalį. Visgi vis dažniau kalbama, jog ši sutartis yra beviltiškai pasenusi, nes ja remiantis lieka neaišku, kokia komercinė veikla galima ir kokia draudžiama kosmose, tad kaip nors ją pakeisti reikės. Ar tarp šių pakeitimų bus ir galimybė steigti nacionalines kolonijas Mėnulyje? O gal to neprireiks ir Mėnulį kolonizuos privataus kapitalo vedamos ekspedicijos? Atsakymus duos tik laikas.

Laiqualasse

P. S. Jei norite su iššūkiais ir galimais sprendimais, kylančiais planuojant Mėnulio koloniją ir erdvėlaivių uostą, susipažinti daug detaliau, štai čia rasite puikų gana naują straipsnį, kuriame aukščiau minėtos problemos apžvelgiamos tikrai išsamiai.

4 komentarai

  1. O kokia prasmė Mėnulyje kurti didelius miestus? Žmonėms žemėje dar ne per ankšta, tiesiog savo noru visi susispaudžia į miestus palikdami ištisus plotus laisvus. Jei jau būtų striuka su vieta, galėtume apsigyventi žymiai labiau prieinamose vietose, nei Mėnulis, pvz., Sacharos dykuma ar minėta Antarktida. Kas ten dar gali būti, kažkokios naudingosios iškasenos, kurių Žemėje nėra arba apsimoka eksploatuoti dar mažiau, nei Mėnulyje?

    1. Čia geras klausimas. Tikrai, bent iš pirmo žvilgsnio, gyventi Sacharos dykumoje, Antarktidoje ar vandenyno gelmėse yra paprasčiau ir lengviau, nei Mėnulyje, tad kodėl to nedarome? Nepretenduoju į vienintelį teisingą atsakymą, bet matau bent dvi galimas priežastis, kodėl Mėnulis bus kolonizuotas anksčiau, nei Sachara/Antarktida:

      1) prestižas/romantizmas. Kaip ir tas pats motyvatorius, tik skirtingai pavadintas. Mėnulis yra labiau „final frontier“ ir sukelia daugiau romantiškų svajonių, nei Sachara ar Antarktida. Todėl bus daugiau žmonių, kurie norės keliauti ten, o ne į nuošalias Žemės vietas.
      2) ekonominė nauda. Šiuo metu nėra absoliučiai jokios ekonominės naudos kolonizuoti Mėnulį. Praktiškai naudos nėra ir kolonizuoti Antarktidą, Sacharą ar vandenyno gelmes. Dabar įsivaizduokime, kad atsiranda ekonominė paskata kiekvienai iš šių vietų. Konkretumo dėlei, tebūnie tai, atitinkamai, koks nors pramoninis procesas, puikiai vykstantis tik žemos gravitacijos sąlygomis (taip, idėją naglai pavogiau iš Weiro „Artemis“); sunkaus vandens ledo klodai, iš kurių išgaunami sunkaus vandenilio izotopai kūrens mūsų branduolinės sintezės jėgaines ir išspręs visas energijos problemas; puikūs Saulės elementai, kurie irgi išspręs energijos problemas; giliai vandenyne aptikti sunkiai išgaunami mineralai, leidžiantys gaminti nuostabiai tvirtas ir kitokių puikių savybių turinčias medžiagas. Kas vyksta tada? Antarktidos, Sacharos ir vandenynų atveju naujų pramonės įmonių darbuotojai gali gyventi daugmaž patogiose vietose – vandenyno pakrantėse, platformose, dar kur nors, o į atšiaurią aplinką leistis tik darbui atlikti, pamainai. Tai daug pigiau, nei statyti gyvenamąsias patalpas ir visą infrastruktūrą atšiaurioje vietoje. Mėnulio atveju matematika pasikeičia: įrengti stotį kainuos labai labai daug, bet daug mažiau, nei skraidinti ten naują žmonių pamainą kas pusdienį. Todėl Mėnulyje miestai atsiras anksčiau, nei po vandeniu.

  2. „Kas ten dar gali būti, kažkokios naudingosios iškasenos, kurių Žemėje nėra arba apsimoka eksploatuoti dar mažiau, nei Mėnulyje?“
    Jei imti pvz Lietuvą kaip atstsikra šalį tai atsakymas būtu praktiškai visos iškasenos, nes Lietuva beveik jų neturi. Internete prie diskusiju apie resursu kasima iš menulio arba asteroidu dažnai matau komentarus, kad pigiau yra pirkti iškastus resursus žemeje nei iškastus kosmose. Bet visi tie rašntieji nesupranta, kad jei kaškas yra pigiau tai nereiškia, kad yra galimybe ta nusipirkti. Vieną tokį relaus pasalio pvz mes matome kiekviena diena per žinias.

    1. Taip, kartais kalbama, kad kosmoso kolonizavimą paskatins retųjų žemių metalų paklausa – beveik visus žemiškus resursus užsigrobinėja Kinija, o dalintis su kitais ji nelabai linkusi. Aišku, ten kalbama ne apie Mėnulio kolonijas, o apie asteroidų kasybą, bet vienas nuo kito nebūtinai yra labai toli.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas.