Πώς η NASA σχεδιάζει να χτίσει μια μικρή «πόλη» στη Σελήνη: Δρόμοι από γυαλί, σπίτια από σεληνιακή σκόνη και πυρηνική ενέργεια
Η μόνιμη παρουσία στον Νότιο Πόλο απαιτεί υποδομές που δεν έχουν κατασκευαστεί ποτέ έξω από τη Γη – Οι λύσεις για τη σεληνιακή σκόνη, τις κατοικίες, τις μετακινήσεις και την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας
Η επιστροφή ανθρώπων στη Σελήνη είναι μόνο το πρώτο βήμα. Ο μακροπρόθεσμος στόχος είναι πολύ πιο φιλόδοξος: η δημιουργία μιας μόνιμης ανθρώπινης παρουσίας, με κατοικίες, οχήματα, δρόμους, χώρους προσεδάφισης και συστήματα παραγωγής ενέργειας που σταδιακά θα μπορούσαν να σχηματίσουν κάτι που θα θυμίζει μια μικρή πόλη σε έναν άλλο κόσμο.
σχετικά άρθρα
Το μεγάλο στοίχημα δεν είναι απλώς να φτάσουν ξανά αστροναύτες στην επιφάνεια. Αυτό έχει ήδη γίνει. Η πραγματική πρόκληση είναι να μπορούν να ζουν και να εργάζονται εκεί για εβδομάδες ή μήνες, χρησιμοποιώντας υποδομές ικανές να λειτουργούν σε ένα από τα πιο αφιλόξενα περιβάλλοντα που μπορεί να αντιμετωπίσει ο άνθρωπος.
Και αυτή τη φορά το σημείο προορισμού είναι πολύ διαφορετικό από εκείνα των αποστολών Apollo.
Οι προηγούμενες επανδρωμένες προσεληνώσεις πραγματοποιήθηκαν σε σχετικά επίπεδες περιοχές, οι οποίες προσέφεραν μεγαλύτερη ασφάλεια και εύκολη απευθείας επικοινωνία με τη Γη. Το πρόγραμμα Artemis, αντίθετα, στρέφεται στον Νότιο Πόλο της Σελήνης, μια περιοχή γεμάτη κρατήρες, ορεινούς σχηματισμούς και εξαιρετικά δύσβατο έδαφος.
Η επιλογή δεν είναι τυχαία. Σε βαθιές κοιλότητες και πυθμένες κρατήρων υπάρχουν περιοχές μόνιμης σκιάς, οι οποίες ενδέχεται να μην έχουν δεχθεί ηλιακό φως για εκατομμύρια ή ακόμη και δισεκατομμύρια χρόνια. Εκεί θεωρείται πιθανό να έχουν διατηρηθεί ποσότητες παγωμένου νερού που έφτασαν στη Σελήνη μέσω αστεροειδών και κομητών.
Η NASA έχει εντοπίσει 13 πιθανές περιοχές προσελήνωσης για το Artemis, κυρίως σε φωτισμένα σημεία γύρω από χείλη κρατήρων και κορυφές, πολύ κοντά όμως σε εκτεταμένες σκοτεινές περιοχές.
Η συγκεκριμένη γεωγραφία δημιουργεί ταυτόχρονα τεράστιες επιστημονικές δυνατότητες και σοβαρούς κινδύνους. Εάν άνθρωποι πρόκειται να παραμένουν εκεί για μεγάλα χρονικά διαστήματα, θα χρειαστούν ουσιαστικά όσα θεωρούνται δεδομένα σε έναν οικισμό στη Γη – αλλά κατασκευασμένα με ελάχιστους διαθέσιμους πόρους και σε κενό αέρος.
Και ένα από τα πρώτα πράγματα που θα χρειαστούν είναι κάτι φαινομενικά απλό: δρόμοι.
Η επιφάνεια της Σελήνης καλύπτεται από ένα στρώμα εξαιρετικά λεπτής σκόνης. Οι κόκκοι της είναι αιχμηροί και λειαντικοί, καθώς δεν υπάρχει ατμόσφαιρα και νερό για να τους διαβρώσουν όπως συμβαίνει στη Γη.
Στις αποστολές Apollo, η σκόνη μπορούσε να προκαλέσει φθορές στα εξωτερικά στρώματα των διαστημικών στολών και γρατζουνιές στα κράνη. Η συσσώρευσή της στο σεληνιακό όχημα δημιούργησε επίσης προβλήματα υπερθέρμανσης, καθώς επηρέαζε το σύστημα ψύξης.
Χωρίς ατμόσφαιρα και με πολύ μικρότερη βαρύτητα από τη Γη, η σκόνη που σηκώνεται μπορεί να διανύσει σημαντικές αποστάσεις. Στην αποστολή Apollo 12, το Surveyor 3, το οποίο βρισκόταν περίπου 180 μέτρα μακριά από το σημείο προσελήνωσης, είχε δεχθεί σωματίδια που εκτοξεύθηκαν από τους κινητήρες του σεληνακάτου.
Σε μια βάση όπου οχήματα θα κινούνται καθημερινά και διαστημόπλοια θα προσεληνώνονται και θα απογειώνονται, το πρόβλημα θα πολλαπλασιαζόταν. Γι’ αυτό απαιτούνται σκληρές επιφάνειες, δρόμοι και ειδικά πεδία προσελήνωσης.
Μια προσωρινή λύση θα μπορούσε να είναι η χρήση υλικών σταθεροποίησης του εδάφους, αντίστοιχων με εκείνα που έχουν χρησιμοποιηθεί για χωμάτινους δρόμους και πεδία προσγείωσης ελικοπτέρων στη Γη. Το μειονέκτημα είναι ότι το υλικό θα έπρεπε να μεταφερθεί από τον πλανήτη μας και η εφαρμογή του θα άφηνε ξένες ουσίες στη σεληνιακή επιφάνεια.
Η πιο μακροπρόθεσμη λύση είναι πολύ πιο εντυπωσιακή: να λιώσει η ίδια η σεληνιακή σκόνη και να μετατραπεί σε μια συμπαγή, γυάλινη επιφάνεια.
Η Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος έχει πειραματιστεί με προσομοιωμένη σεληνιακή σκόνη και ισχυρή ακτινοβολία λέιζερ, εξετάζοντας τη δυνατότητα μετατροπής της σε στερεό υλικό.
Αντί να μεταφερθεί ένα τεράστιο λέιζερ στη Σελήνη, μία εναλλακτική θα ήταν η συγκέντρωση της ηλιακής ακτινοβολίας με φακό Fresnel, διαμέτρου μικρότερης των 2,5 μέτρων. Στον Νότιο Πόλο, όμως, όπου ο Ήλιος παραμένει χαμηλά στον ορίζοντα και οι σκιές είναι μεγάλες, ενδέχεται να χρειάζονται και άλλες λύσεις.
Η διαδικασία θα ήταν αργή. Για την κατασκευή μιας επιφάνειας προσελήνωσης 100 τετραγωνικών μέτρων και πάχους δύο εκατοστών υπολογίζεται ότι θα μπορούσαν να απαιτηθούν περίπου 115 ημέρες.
Τα πρώτα «σπίτια» και οι μετακινήσεις στη Σελήνη
Οι δρόμοι θα συνδέουν ένα δίκτυο κατοικιών και εγκαταστάσεων στις οποίες οι αστροναύτες θα μπορούν να μετακινούνται χωρίς να φορούν συνεχώς διαστημικές στολές.
Κεντρικό ρόλο θα μπορούσαν να έχουν ερμητικά κλειστά και συμπιεζόμενα rover, όπως το Lunar Cruiser που αναπτύσσεται από την ιαπωνική διαστημική υπηρεσία σε συνεργασία με την Toyota.
Η φιλοσοφία του είναι ουσιαστικά εκείνη ενός «τροχόσπιτου για τη Σελήνη». Δύο αστροναύτες θα μπορούν να παραμένουν μέσα σε ελεγχόμενο περιβάλλον και να πραγματοποιούν αποστολές διάρκειας ακόμη και 30 ημερών ή περισσότερο, μετακινούμενοι από μία εγκατάσταση σε άλλη χωρίς να χρειάζεται κάθε φορά να φορούν στολή για έξοδο στην επιφάνεια.
Για την πρώτη περίοδο εγκατάστασης προβλέπεται μια διαφορετική μορφή κατοικίας. Η NASA έχει σχεδιάσει το Foundation Surface Habitat, μια τριώροφη δομή που συνδυάζει μεταλλικό σκελετό και φουσκωτό τμήμα και μπορεί να υποστηρίζει έως τέσσερις ανθρώπους για περίπου έναν μήνα.
Στο ισόγειο προβλέπεται μεταλλική κατασκευή διαμέτρου περίπου τεσσάρων μέτρων, όπου θα βρίσκονται ο αεροστεγής θάλαμος εισόδου και εξόδου, οι στολές και ένας επιστημονικός σταθμός για τη μελέτη γεωλογικών δειγμάτων.
Στον δεύτερο όροφο, μέσα στο φουσκωτό τμήμα που θα αναπτύσσεται σε διάμετρο περίπου 6,5 μέτρων, θα βρίσκονται εγκαταστάσεις υγιεινής και άσκησης, καθώς και βιολογικό εργαστήριο για τη μελέτη της επίδρασης του σεληνιακού περιβάλλοντος σε φυτά και ζώα.
Ο τρίτος όροφος θα αποτελεί τον κύριο χώρο διαβίωσης, με κρεβάτια, κουζίνα, ιατρικό σταθμό και θέσεις εργασίας με υπολογιστές. Εκεί θα υπάρχει επίσης εργαστήριο για την παρακολούθηση των ίδιων των αστροναυτών και των επιπτώσεων που θα έχει στον ανθρώπινο οργανισμό η μακροχρόνια παραμονή στη Σελήνη.
Αυτό, όμως, θα είναι μόνο η προσωρινή λύση.
Για πραγματικά μόνιμες εγκαταστάσεις θα απαιτηθούν κατασκευές που προστατεύουν τους ανθρώπους από την κοσμική ακτινοβολία, τις μεγάλες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας και τις προσκρούσεις μικρομετεωριτών.
Η απάντηση μπορεί να βρίσκεται σε ένα από τα αρχαιότερα οικοδομικά υλικά της ανθρωπότητας: το τούβλο.
Όπως η σεληνιακή σκόνη μπορεί να λιώσει για να δημιουργήσει σκληρές επιφάνειες, μπορεί επίσης να θερμανθεί και να μετατραπεί σε δομικά στοιχεία από το ίδιο το σεληνιακό έδαφος. Μια φουσκωτή ή μεταλλική κατοικία θα μπορούσε στη συνέχεια να καλύπτεται με ένα παχύ εξωτερικό κέλυφος τέτοιων υλικών.
Το περίβλημα θα λειτουργούσε ως ασπίδα απέναντι στην ακτινοβολία και στους μικρομετεωρίτες και παράλληλα ως θερμομόνωση.
Η Κίνα έχει ήδη πειραματιστεί με δικά της «σεληνιακά τούβλα», εξετάζοντας την κατασκευή δομών με ρομποτικά μέσα, παραδοσιακές τεχνικές τοιχοποιίας και τρισδιάστατη εκτύπωση.
Το 2024 δημιουργήθηκαν τούβλα από διαφορετικές συνθέσεις προσομοιωμένου σεληνιακού εδάφους και με διαφορετικές μεθόδους θέρμανσης. Στη συνέχεια μεταφέρθηκαν στον διαστημικό σταθμό Tiangong, όπου τοποθετήθηκαν εξωτερικά ώστε να παραμείνουν εκτεθειμένα για χρόνια στο κενό, στην κοσμική ακτινοβολία και στις μεγάλες θερμοκρασιακές μεταβολές.
Μία ακόμη πιο φουτουριστική ιδέα είναι η κατασκευή γιγαντιαίων γυάλινων σφαιρών από σεληνιακό υλικό. Η λογική θυμίζει υαλουργία σε τεράστια κλίμακα: η σκόνη θερμαίνεται μέχρι να λιώσει και στη συνέχεια συμπιεσμένο αέριο χρησιμοποιείται για να δημιουργήσει μια κοίλη σφαιρική κατασκευή.
Η χαμηλή βαρύτητα και η απουσία ατμόσφαιρας θα επέτρεπαν θεωρητικά τη δημιουργία πολύ μεγάλων κατασκευών, ενώ πολλαπλά στρώματα γυαλιού με κενά ανάμεσά τους θα μπορούσαν να προσφέρουν πρόσθετη προστασία και μόνωση.
Γιατί μια πόλη στη Σελήνη θα χρειαστεί πυρηνικό εργοστάσιο
Όλες αυτές οι υποδομές έχουν μία κοινή απαίτηση: τεράστιες και αξιόπιστες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας.
Η προφανής λύση είναι τα φωτοβολταϊκά. Η ηλιακή ενέργεια έχει χρησιμοποιηθεί σε μεγάλο αριθμό σεληνιακών αποστολών, όμως για μια μόνιμη βάση παρουσιάζει σοβαρούς περιορισμούς.
Η Σελήνη περιστρέφεται πολύ πιο αργά από τη Γη, με αποτέλεσμα ο κύκλος ημέρας και νύχτας να είναι εξαιρετικά μεγάλος: περίπου δύο εβδομάδες φωτός ακολουθούνται από περίπου δύο εβδομάδες σκοταδιού.
Για τις σύντομες αποστολές Apollo αυτό δεν αποτελούσε σοβαρό πρόβλημα. Για μια βάση που πρέπει να λειτουργεί αδιάκοπα, όμως, η εξάρτηση αποκλειστικά από τον Ήλιο είναι πολύ δυσκολότερη.
Το πρόβλημα γίνεται ακόμη μεγαλύτερο στον Νότιο Πόλο, επειδή πολλές από τις περιοχές που παρουσιάζουν το μεγαλύτερο ενδιαφέρον για την αναζήτηση παγωμένου νερού βρίσκονται σε μόνιμη σκιά.
Γι’ αυτό μία από τις λύσεις που εξετάζονται είναι η πυρηνική ενέργεια.
Πυρηνικές πηγές ενέργειας χρησιμοποιούνται ήδη εδώ και δεκαετίες σε διαστημικές αποστολές. Τα Voyager, αλλά και οχήματα εξερεύνησης στον Άρη, έχουν αξιοποιήσει τη θερμότητα από τη φυσική διάσπαση ραδιενεργών υλικών για την παραγωγή μικρών ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας.
Μια σεληνιακή βάση, όμως, χρειάζεται κάτι πολύ ισχυρότερο: έναν μικρό πυρηνικό αντιδραστήρα στην επιφάνεια της Σελήνης.
Το πρόγραμμα Fission Surface Power εξετάζει ακριβώς αυτή τη δυνατότητα. Η βασική αρχή είναι αντίστοιχη με εκείνη ενός πυρηνικού σταθμού στη Γη: η σχάση του πυρηνικού καυσίμου παράγει θερμότητα, η οποία στη συνέχεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια.
Στο Διάστημα, αντί για το συμβατικό σύστημα παραγωγής ατμού, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας μετατροπέας Brayton για την παραγωγή ηλεκτρισμού.
Ο αντιδραστήρας θα πρέπει ταυτόχρονα να είναι εξαιρετικά συμπαγής. Οι προδιαγραφές προβλέπουν ένα σύστημα με μάζα μικρότερη από περίπου έξι τόνους και διαστάσεις που δεν θα ξεπερνούν σημαντικά εκείνες ενός αυτοκινήτου.
Στην ανάπτυξη αντίστοιχων τεχνολογιών δραστηριοποιείται και η Rolls-Royce, η οποία διαθέτει πολυετή εμπειρία στους πυρηνικούς αντιδραστήρες για τα βρετανικά υποβρύχια. Ένα σχέδιο μικροαντιδραστήρα στοχεύει σε παραγωγή περίπου 50 έως 100 kW ηλεκτρικής ισχύος.
Μία τέτοια μονάδα θα μπορούσε να αποτελέσει την αρχική πηγή ενέργειας μιας μικρής σεληνιακής εγκατάστασης. Περισσότεροι αντιδραστήρες θα μπορούσαν αργότερα να λειτουργούν μαζί καθώς η βάση θα επεκτείνεται.
Έτσι, η πρώτη μόνιμη ανθρώπινη εγκατάσταση πέρα από τη Γη δεν θα αποτελείται απλώς από ένα διαστημόπλοιο και μερικούς αστροναύτες. Θα χρειάζεται δρόμους και πεδία προσελήνωσης, οχήματα, κατοικίες, εργαστήρια, προστασία από την ακτινοβολία και σταθερή παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Και το σημαντικότερο είναι ότι ένα μεγάλο μέρος αυτών των υποδομών θα πρέπει σταδιακά να κατασκευάζεται όχι με υλικά που θα μεταφέρονται από τη Γη, αλλά με τη σκόνη, το έδαφος και τους φυσικούς πόρους της ίδιας της Σελήνης.
Εάν αυτό καταστεί δυνατό, μια μικρή βάση στον Νότιο Πόλο θα μπορούσε να αποτελέσει το πρώτο βήμα για κάτι πολύ μεγαλύτερο: έναν μόνιμο ανθρώπινο οικισμό έξω από τη Γη και ένα σημείο εκκίνησης για βαθύτερες αποστολές στο ηλιακό σύστημα.
