Månens kolonisering är den hypotetiska avvecklingen av månen av människor . Befintliga planer på att bygga bebodda baser på månen anses ibland vara ett preliminärt bosättningsstadium, men en persons permanenta och autonoma vistelse är en storleksordning svårare och kommer att kräva lösning av många problem. Men med tanke på att de flesta av det senaste århundradets sci-fi-idéer har blivit verklighet i det nuvarande, med den moderna snabba utvecklingen av robotteknologier för konstruktion och 3D-utskrift, är det inte så fantastiskt. Det nuvarande vetenskapens tillstånd under 2000-talet, med förbehåll för genomförandet av ett antal design- och tekniskt arbete, tillåter oss redan att anta goda chanser för framgångsrik kolonisering.
Månens kolonisering har också länge varit föremål för science fiction [1] .
Rymdteknikens långsamma utveckling efter 1970-talet gör det omöjligt att tro att rymdkolonisering är ett lättuppnåeligt och i alla fall motiverat mål. På grund av sin närhet till jorden (tre dagars flygning) och en ganska god kunskap om landskapet har Månen länge ansetts vara en kandidat för skapandet av en mänsklig koloni. Men medan de sovjetiska och amerikanska månutforskningsprogrammen visade på genomförbarheten av att åka till månen (samtidigt som de var mycket kostsamma projekt), dämpade de också entusiasmen för att etablera en månkoloni. Detta berodde på det faktum att analysen av dammprover som levererats av astronauterna visade ett mycket lågt innehåll av lätta element i den. behövs för att upprätthålla livsuppehållande.
Trots detta, med utvecklingen av astronautiken och minskningen av kostnaderna för rymdflygningar, verkar Månen vara det primära objektet för att etablera en bas. För forskare är månbasen en unik plats för att bedriva vetenskaplig forskning inom planetvetenskap , astronomi , kosmologi , rymdbiologi och andra discipliner. Studiet av månskorpan kan ge svar på de viktigaste frågorna om bildandet och vidareutvecklingen av solsystemet , jord-månsystemet och livets uppkomst. Avsaknaden av atmosfär och lägre gravitation gör det möjligt att bygga observatorier på månens yta , utrustade med optiska teleskop och radioteleskop , som kan erhålla mycket mer detaljerade och tydliga bilder av avlägsna delar av universum än vad som är möjligt på jorden, och upprätthålla och att uppgradera sådana teleskop är mycket lättare än orbitala observatorier.
Månen har också en mängd olika mineraler, inklusive metaller som är värdefulla för industrin - järn , aluminium , titan ; dessutom, i ytskiktet av månjorden, har regolit , en isotop helium-3 , sällsynt på jorden, ackumulerats , som kan användas som bränsle för lovande termonukleära reaktorer . För närvarande utvecklas metoder för industriell produktion av metaller, syre och helium-3 från regolit; hittade avlagringar av vattenis.
Djupt vakuum och tillgången på billig solenergi öppnar nya vyer för elektronik , metallurgi , metallbearbetning och materialvetenskap . Faktum är att förhållandena för metallbearbetning och skapandet av mikroelektroniska enheter på jorden är mindre gynnsamma på grund av den stora mängden fritt syre i atmosfären, vilket försämrar kvaliteten på gjutning och svetsning, vilket gör det omöjligt att erhålla ultrarena legeringar och mikroelektroniska substrat i stora volymer. Det är också av intresse att ta med skadliga och farliga industrier till månen.
Månen, på grund av dess spektakulära landskap och exotism, ser också ut som ett mycket troligt objekt för rymdturism , vilket kan locka en betydande mängd medel för dess utveckling, främja rymdresor och ge ett tillflöde av människor för att utforska månens yta. Rymdturism kommer att kräva vissa infrastrukturlösningar [2] . Utvecklingen av infrastruktur kommer i sin tur att bidra till en större penetration av mänskligheten på månen.
Det finns planer på att använda månbaser för militära ändamål för att kontrollera rymden nära jorden och säkerställa dominans i rymden [3] .
Direktör för rymdforskningsinstitutet vid Ryska vetenskapsakademin Lev Zeleny tror att månens cirkumpolära regioner kan användas som värd för en rysk eller internationell vetenskaplig bas [4] .
Förekomsten av helium-3 i månmineraler anses av representanter för US National Space and Aeronautics Agency ( NASA ) vara en allvarlig anledning till utvecklingen av satelliten, medan NASA planerar att genomföra den första flygningen dit 2024. Fram till nu är USA fortfarande den enda stat vars representanter har besökt månen - från 1969 till 1972 skickades 6 amerikanska bemannade expeditioner dit .
Kina och Ryssland planerar en internationell månstation på 2030-talet.
Skapandet av stationen är inte bara en fråga om vetenskap och statlig prestige, utan också om kommersiell vinning. Helium-3 är en sällsynt isotop som kostar ungefär 1 200 dollar per liter gas [5] som behövs i kärnkraft för att starta en fusionsreaktion . På månen uppskattas dess kvantitet till tusentals ton (enligt minimiuppskattningarna - 500 tusen ton [6] ). Densiteten av flytande helium-3 vid kokpunkten och normalt tryck är 59 g/l, och i gasform är den cirka 1000 gånger mindre, därför kostar 1 kg mer än 20 miljoner dollar och allt helium kostar mer än 10 kvadrilljoner dollar (ca 500 nuvarande BNP USA).
Forskare tror [7] att helium-3 kan användas i termonukleära reaktorer . Att ge energi till hela jordens befolkning under året, enligt forskare från Institutet för geokemi och analytisk kemi. V. I. Vernadsky RAS , ungefär 30 ton helium-3 behövs. Kostnaden för dess leverans till jorden kommer att vara tio gånger mindre än den för el som för närvarande genereras vid kärnkraftverk .
Vid användning av helium-3 uppstår inte långlivat radioaktivt avfall , och därför försvinner problemet med deras bortskaffande, som är så akut i driften av tunga kärnklyvningsreaktorer, av sig själv.
Det finns dock allvarlig kritik mot dessa planer. Faktum är att för att antända den termonukleära reaktionen deuterium + helium-3 är det nödvändigt att värma isotoperna till en temperatur på en miljard grader och lösa problemet med att hålla plasman uppvärmd till en sådan temperatur. Den nuvarande tekniknivån gör det möjligt att innehålla en plasma uppvärmd till endast några hundra miljoner grader i deuterium + tritiumreaktionen , medan nästan all energi som erhålls under en termonukleär reaktion går åt till att begränsa plasman (se ITER ) . Därför anses helium-3-reaktorer av många ledande forskare, till exempel akademikern Roald Sagdeev , som kritiserade Sevastyanovs planer, vara en fråga om en avlägsen framtid. Mer realistiskt ur deras synvinkel är utvecklingen av syre på månen , metallurgi , skapandet och lanseringen av rymdfarkoster, inklusive satelliter , interplanetära stationer och bemannade rymdfarkoster.
På Månens yta [8] (uppdrag Deep Impact (KA) , Cassini (KA) , Chandrayaan-1 ) och under dess yta [9] [10] (uppdrag LCROSS ) i regionen Syd- och Nordpolen , vatten hittades i form av is, den mängd som är starkt beroende av solbelysning. Närvaron av vatten är mycket viktig för en potentiell månbas.
Nyckelteknologier har, enligt NASA, en teknikberedskapsnivå på 7/10. Möjligheten att producera en stor mängd el motsvarande 1 PW övervägs . Samtidigt uppskattas kostnaden för månkomplexet till cirka 200 biljoner amerikanska dollar. Samtidigt är kostnaden för att producera en jämförbar mängd el med markbaserade solstationer 8 000 biljoner dollar, med markbaserade termonukleära reaktorer 3 300 biljoner dollar och med markbaserade koleldade stationer 1 500 biljoner dollar [11] .
Förutom solenergi är det också möjligt att bygga effektiva geotermiska kraftverk på månen , eftersom månens temperaturgradient är cirka 60 gånger större än jordens och är minst 2 K /meter [12] .
Under 1960-talets första " månkapplöpning " (liksom lite tidigare och senare) hade två rymdsupermakter - USA och Sovjetunionen - planer på att bygga månbaser, som inte genomfördes [14] [15] .
I USA utarbetades de preliminära projekten för månmilitärbaserna Lunex (Lunex Project) och Horizon (Project Horizon) , och det fanns också tekniska förslag för månbasen Wernher von Braun .
Under första hälften av 1970-talet. under handen Akademikern V.P. Barmin , forskare från Moskva och Leningrad utvecklade ett projekt för en långsiktig månbas, där de i synnerhet studerade möjligheterna att bunta in bebodda strukturer med en riktad explosion för att skydda mot kosmisk strålning (uppfinningar av A.I. Melua med hjälp av teknologierna av Alfred Nobel ). I mer detalj, inklusive modeller av expeditionsfordon [16] och beboeliga moduler [17] , utvecklades projektet för USSR:s månbas Zvezda , som skulle implementeras på 1970-1980-talet. som en utveckling av det sovjetiska månprogrammet , inskränkt efter förlusten av Sovjetunionen i "månkapplöpningen" med USA.
I oktober 1989, vid den 40:e kongressen för International Aeronautical Federation, NASA-anställda Michael Duke ( eng. Michael Duke ), chef för solsystemforskningsenheten vid Lyndon Johnson Space Center i Houston, och John Niehoff ( eng. John Niehoff ) of Science Applications International Corporation (SAIC) presenterade projektet för månstationen Lunar Oasis. Fram till nu har detta projekt ansetts vara mycket genomarbetat och intressant för ett antal grundläggande lösningar, både originella och realistiska. Det tioåriga Lunar Oasis-projektet antog tre etapper, med totalt 30 flygningar, varav hälften var bemannade (14 ton last vardera); obemannade uppskjutningar uppskattades till 20 ton last vardera.
Författarna kallar kostnaden för projektet lika med fyra Apollo-program, vilket är cirka 550 miljarder dollar i 2011 års priser. Med tanke på att programmets genomförandetid antogs vara mycket betydande (10 år) skulle de årliga kostnaderna för det uppgå till cirka 50 miljarder dollar. Som jämförelse kan vi påpeka att kostnaderna för att upprätthålla amerikanska trupper i Afghanistan 2011 uppgick till 6,7 miljarder dollar. per månad, eller 80 miljarder dollar per år. [arton]
I början av 2000-talet stimulerade upptäckten av isavlagringar vid månens poler starten på ett " andra månlopp " mellan USA ( Artemis-programmet ), Kina (Kinas månprogram ), Ryssland ( ryska månprogrammet ). ), Europeiska unionen ( Aurora-programmet ), Japan och Indien. Alla dessa program tillhandahåller skapandet av baser på månen.
NASA utvecklade rymdprogrammet Constellation , som skulle utveckla ny rymdteknik och skapa den nödvändiga infrastrukturen för att säkerställa den nya rymdfarkostens flygningar till ISS , såväl som flygningar till månen, skapandet av en permanent bas på månen och, i framtiden, flyg till Mars [19] . Uppgiften att kartlägga möjliga framtida landningsplatser och baser löstes tidigare bland annat av Lunar Prospector- stationen . Bemannade flyg till månen var planerade 2019-2020. Men genom beslut av USA :s president Barack Obama den 1 februari 2010, avslutades finansieringen av programmet 2011 [20] .
I februari 2010 presenterade NASA ett nytt projekt: "avatarer" på månen, som skulle kunna implementeras på så lite som 1 000 dagar. Dess kärna ligger i organisationen av en expedition till månen med deltagande av robotavatarer (som representerar en telenärvaroenhet ) istället för människor. På detta sätt slipper flygingenjörer behovet av kritiska livsuppehållande system , och en mindre komplex och dyr rymdfarkost används som ett resultat . För att styra avatarrobotar föreslår NASA-experter att man använder högteknologiska fjärrnärvarodräkter (som en kostym för virtuell verklighet ). En och samma kostym kan "sättas på" av flera specialister från olika vetenskapsområden i tur och ordning. Till exempel, i samband med att studera månens särdrag kan en geolog kontrollera "avataren" , och sedan kan en fysiker sätta på sig en telenärvarokostym [21] .
I maj 2019 tillkännagav NASA-administratören Jim Bridenstine starten av Artemis- programmet [22] (uppkallat efter den grekiska jaktgudinnan , syster till Apollo ). Programmet är uppdelat i två etapper: Den första etappen inkluderar en landning på månen 2024 och inkluderar bland annat: en bemannad omloppsflygning runt månen Artemis-2 , början på byggandet av den internationella månstationen Gateway , landning av en besättning med den första kvinnan på månen i Artemis-3-uppdraget. Den andra etappen av programmet är flygningar till månen och skapandet av månens infrastruktur. För sommaren 2019 fick programmet inte tillräcklig finansiering. Det är planerat att bemannade flygningar ska utföras med SLS -raketen och rymdfarkosten Orion .
Den ambitiösa planen för Europeiska rymdorganisationen " Aurora ", ger så småningom efter 2030 expeditioner och baser på månen. Den första europeiska månstationen Smart-1 har kartlagt månens yta i ett år och sju månader, samt kartlagt förekomsten av olika mineraler.
Kina har upprepade gånger meddelat sina planer för utforskningen av månen . Den 24 oktober 2007 lanserades den första kinesiska månsatelliten , Chang'e-1 , framgångsrikt från Xichang Cosmodrome . Hans uppgift var att skaffa stereobilder, med hjälp av vilka de sedan skulle ta fram en tredimensionell karta över månens yta. I framtiden planerar Kina att etablera en beboelig vetenskaplig bas på månen. Enligt det kinesiska programmet är utvecklingen av jordens naturliga satellit planerad till 2040-2060 [23] . Månbasprojektet i Kina utvecklas under ledning av Wu Weiren , generaldesignern för Kinas Lunar Program . År 2021 nåddes en överenskommelse om att bygga den internationella månstationen tillsammans med Ryssland. Frågan om att gå med i detta projekt övervägs av European Space Agency .
Japan Aerospace Exploration Agency planerade att ta i bruk en bemannad station på månen till 2030, fem år senare än tidigare trott. 2007 inledde rymdstationen Kaguya i Japan orbital utforskning av månen. I mars 2010 beslutade Japan att överge det bemannade månprogrammet på grund av dess alltför höga kostnader till förmån för robotbosättningar.
Indien skickade den första Chandrayaan-1 AMS till månen 2008 för 3D-topografi och radioljud för att kartlägga ytkemiska element på jakt efter metaller, vatten och helium-3. Det första landningsuppdraget, Chandrayaan-2 , slutade i misslyckande 2019, men den indiska rymdforskningsorganisationen planerar ett liknande uppdrag Chandrayaan-3 för 2023 och Chandrayaan-4 för 2024 , båda med moon rovers.
2007 tillkännagav Roscosmos en plan som inkluderade att landa en man på månen 2025 och upprätta en permanent månbas där några år senare [24] .
2014 blev det känt om utkastet till konceptet för det ryska månprogrammet, som föreslog tre steg [25] :
År 2050 är det planerat att bygga en beboelig bas och en gruvplats [ 26] .
Under 2015 kom rapporter om att dessa planer låg flera år efter schemat på grund av minskade anslag [27] [28] .
I april 2018 tillkännagav Europeiska rymdorganisationen att arbetet med ett projekt för att skapa en permanent bas på månens yta påbörjades. Grundprojektet är utformat för fyra etapper, från 2020 till 2062 [29] .
Den långvariga närvaron av människan på månen kommer att kräva lösning av ett antal problem. Till exempel, jordens atmosfär och magnetfält fångar det mesta av solstrålningen. Många mikrometeoriter brinner också upp i atmosfären . På Månen, utan att lösa strålnings- och meteoritproblemen [30] , är det omöjligt att skapa förutsättningar för normal kolonisering. Under solutbrott skapas en ström av protoner och andra partiklar som kan utgöra ett hot mot astronauter. Dessa partiklar är dock inte särskilt penetrerande och skydd mot dem är ett lösbart problem. Dessutom har dessa partiklar en låg hastighet, vilket gör att det finns tid att gömma sig i antistrålningsskydd. Hårda röntgenbilder är ett mycket större problem . Beräkningar visade [31] att en astronaut efter 100 timmar på Månens yta med en sannolikhet på 10 % kommer att få en hälsofarlig dos ( 0,1 Grå ). I händelse av ett solfloss kan en farlig dos erhållas inom några minuter.
Vyacheslav Shurshakov, chef för avdelningen för strålsäkerhet vid bemannade rymdflyg vid IBMP RAS, sa i en intervju med media att stråldoser under uppdrag till månen är acceptabla. Enligt publicerade data om amerikanska månbesättningar motsvarar ett tiodagarsuppdrag att flyga i jordens omloppsbana i 20 dagar: en total dos på cirka 12 mSv. Baserat på dagens kunskap om kosmisk strålning tillåter specialister vid Institutet för biomedicinska problem vid Ryska vetenskapsakademin en flygning till månen som varar från flera veckor till två månader [32] . Mikhail Panasyuk, chef för SINP MSU , anser att en persons vistelse på månen bör begränsas till en period på en och en halv månad vid maximal solaktivitet och upp till ett år vid minimum av solaktivitetscykeln, dessa uppskattningar tar inte hänsyn till tunga laddade partiklar och neutronstrålning [33] .
Tack vare data om alla typer av strålning som kan utgöra en fara för människor (flöden av laddade partiklar (elektroner och atomkärnor), neutroner och gammastrålar) som samlats in av nedstigningsfordonet för det kinesiska Chang'e-4- uppdraget från januari till september 2019 kom forskare till slutsatsen att strålningsnivån på månen är 1369 µSv per dag eller 500 mSv/år (ombord på ISS är den 1,9 gånger lägre: 731 µSv per dag eller 266 mSv/år) [34] [35 ] . Den tillåtna exponeringsnivån för NPP-personal I Ryssland är en dos på 20 mSv/år, i Sovjetunionen, USA och Japan - 50 mSv/år, eller en engångsdos på 200 mSv med efterföljande avstängning från strålningsfarligt arbete.
Ett separat problem är måndamm [36] . Måndamm består av vassa partiklar (eftersom det inte finns någon utjämnande effekt av erosion ) och har även en elektrostatisk laddning. Som ett resultat tränger måndamm in överallt och, med en nötande effekt, minskar mekanismernas livslängd (och när det kommer in i lungorna blir det ett dödligt hot mot människors hälsa och kan orsaka lungcancer [37] ). Hos vissa människor kan måndamm orsaka en allergisk reaktion i kroppen .
Tyngdkraften nära månens yta är bara 16,5% av jordens (6 gånger svagare), därför övervägs för en långvarig vistelse för en person på månen alternativ för att skapa artificiell gravitation med hjälp av centrifuger som tillhandahåller jordens gravitationsnivå som är nödvändig för kroppens normala funktion [38] .
Kommersialisering är inte heller självklart. Det finns inget behov av stora mängder helium-3 ännu. Vetenskapen har ännu inte kunnat uppnå kontroll över den termonukleära reaktionen. Det mest lovande projektet i detta avseende för tillfället (mitten av 2019) är den storskaliga internationella experimentreaktorn ITER , som förväntas vara färdig 2025. Därefter följer cirka 20 år av experiment. Den industriella användningen av termonukleär fusion förväntas tidigast 2050 enligt de mest optimistiska prognoserna. I detta avseende kommer utvinningen av helium-3 fram till dess inte att vara av industriellt intresse. Rymdturism kan inte heller kallas drivkraften bakom utforskningen av månen, eftersom de investeringar som krävs i detta skede inte kommer att kunna betala sig inom rimlig tid på grund av turismen, vilket visas av erfarenheten av rymdturismen på ISS , varav intäkterna inte täcker ens en liten del av kostnaden för att underhålla stationen.
Detta tillstånd leder till det faktum att förslag görs (se Robert Zubrin "A Case for Mars") rymdutforskning omedelbart bör börja med Mars .
Permanent mänsklig bosättning på en annan himlakropp (utanför jorden) har länge varit ett återkommande tema inom science fiction , som talar om mänsklighetens varaktiga strävan att erövra solsystemets kosmiska kroppar.
Måne | ||
---|---|---|
Egenheter | ||
Månens bana | ||
Yta | ||
Selenologi | ||
Studie | ||
Övrig |
Rymdkolonisering | ||
---|---|---|
Kolonisering av solsystemet |
| |
Terraformning | ||
Kolonisering utanför solsystemet | ||
Rymdbosättningar | ||
Resurser och energi |
|
Utforskning av månen med rymdskepp | |
---|---|
Program | |
Flygande | |
Orbital | |
Landning | |
moon rovers | |
man på månen | |
Framtida |
|
Ouppfylld | |
se även | |
Fet teckensnitt anger aktivt rymdskepp |