Menneskeheden er klar til at bygge en månebase eller i jagten på lys og rum

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

På obelisken over graven til vores store landsmand K. E. Tsiolkovsky citerer sine lærebogsord: "Menneskeheden vil ikke forblive for evigt på Jorden, men i jagten på lys og rum trænger den først frygtsomt ud over atmosfæren og erobrer derefter hele solrummet."

Gennem hele sit liv drømte Tsiolkovsky om menneskehedens kosmiske fremtid og kiggede med et nysgerrigt blik af en videnskabsmand ind i dens fantastiske horisonter. Han var ikke alene. Begyndelsen af det tyvende århundrede var for mange opdagelsen af universet, omend synligt gennem prisme af datidens videnskabelige vrangforestillinger og forfatteres fantasi. Italieneren Schiaparelli åbnede "kanalerne" på Mars – og menneskeheden blev overbevist om, at der er en civilisation på Mars. Burroughs og A. Tolstoy beboede denne imaginære Mars med menneskelignende indbyggere, og efter dem fulgte hundredvis af science fiction-forfattere deres eksempel.

Jordboerne er simpelthen vant til tanken om, at der er liv på Mars, og at dette liv er intelligent. Derfor blev Tsiolkovskys opfordring til at flyve ud i rummet imødekommet om ikke umiddelbart med entusiasme, men under alle omstændigheder med godkendelse. Der er kun gået 50 år siden Tsiolkovskys første taler, og i det land, som han dedikerede og transmitterede alle sine værker til, blev den første satellit opsendt, og den første kosmonaut fløj ud i rummet.

Det ser ud til, at alt vil gå videre i henhold til den store drømmers planer. Tsiolkovskys ideer viste sig at være så lyse, at den mest berømte af hans tilhængere - Sergei Pavlovich Korolev - byggede alle sine planer for udviklingen af kosmonautik, så en menneskelig fod i det tyvende århundrede ville sætte foden på Mars. Livet har lavet sine egne rettelser. Nu er vi ikke særlig sikre på, at en bemandet ekspedition til Mars vil finde sted i hvert fald indtil slutningen af det 21. århundrede.

Sandsynligvis er dette ikke kun et spørgsmål om tekniske vanskeligheder og fatale omstændigheder. Enhver vanskelighed kan overvindes med det menneskelige sinds visdom og nysgerrighed, hvis en værdig opgave stilles foran det. Men sådan en opgave er der ikke! Der er et nedarvet ønske om at flyve til Mars, men der er ingen klar forståelse - hvorfor? Hvis du ser dybere, er dette et spørgsmål, som hele vores bemandede astronautik står over for.

Tsiolkovsky så i rummet uudnyttede åbne rum for menneskeheden, som er ved at blive trange på deres hjemplanet. Disse vidder skal selvfølgelig mestres, men først skal du dybt studere deres egenskaber. Et halvt århundredes erfaring med udforskning af rummet viser, at rigtig, rigtig meget kan udforskes med automatiske enheder uden at risikere universets højeste værdi – menneskeliv. For et halvt århundrede siden var denne idé stadig et emne for kontroverser og diskussion, men nu, hvor computernes magt og robotternes evner nærmer sig menneskelige grænser, er denne tvivl ikke længere et sted. I løbet af de sidste fyrre år har robotkøretøjer med succes udforsket Månen, Venus, Mars, Jupiter, Saturn, planetariske satellitter, asteroider og kometer, og de amerikanske Voyagers og Pionerer har allerede nået solsystemets grænser. Selvom rumagenturers planer nogle gange inkluderer rapporter om forberedelsen af bemandede missioner i det dybe rum, er der indtil videre ikke blevet udtrykt et eneste videnskabeligt problem i dem, for hvis løsning kosmonauternes arbejde er absolut nødvendigt. Så undersøgelsen af solsystemet kan fortsættes automatisk i lang tid.

Lad os trods alt vende tilbage til problemet med udforskning af rummet. Hvornår vil vores viden om kosmiske rums egenskaber give os mulighed for at begynde at bebo dem, og hvornår vil vi selv kunne svare på spørgsmålet – hvorfor?

Lad os foreløbig forlade spørgsmålet om, at der er en masse energi i rummet, som menneskeheden har brug for, og en masse mineralressourcer, som i rummet måske vil blive opnået billigere end på Jorden. Begge er stadig på vores planet, og de er ikke rummets vigtigste værdi. Det vigtigste i rummet er, hvad det er ekstremt svært for os at levere på Jorden - stabiliteten af levevilkårene og i sidste ende stabiliteten i udviklingen af den menneskelige civilisation.

Livet på Jorden er konstant udsat for risikoen for naturkatastrofer. Tørke, oversvømmelser, orkaner, jordskælv, tsunamier og andre problemer forårsager ikke kun direkte skade på vores økonomi og befolkningens velfærd, men kræver energi og omkostninger for at genoprette det tabte. I rummet håber vi at slippe af med disse velkendte trusler. Hvis vi finder sådanne andre lande, hvor naturkatastrofer efterlader os, så vil dette være det "forjættede land", der vil blive et værdigt nyt hjem for menneskeheden. Logikken i udviklingen af den jordiske civilisation fører uundgåeligt til ideen om, at en person i fremtiden, og måske ikke så fjern, vil blive tvunget til at lede uden for planeten Jorden efter et habitat, der kunne rumme det meste af befolkningen og sikre fortsættelsen af hans liv under stabile og behagelige forhold.

Dette er, hvad K. E. Tsiolkovsky, da han sagde, at menneskeheden ikke vil forblive for evigt i vuggen. Hans nysgerrige tanke tegnede os attraktive billeder af livet i "æteriske bosættelser", det vil sige i store rumstationer med et kunstigt klima. De første skridt i denne retning er allerede taget: På permanent beboede rumstationer har vi lært at opretholde næsten velkendte levevilkår. Sandt nok forbliver vægtløshed en ubehagelig faktor i disse rumstationer, en usædvanlig og destruktiv tilstand for terrestriske organismer.

Tsiolkovsky gættede på, at vægtløshed kunne være uønsket, og foreslog at skabe kunstig tyngdekraft i æteriske bosættelser ved aksial rotation af stationerne. I mange projekter af "rumbyer" blev denne idé taget op. Hvis du ser på illustrationerne til rumbosættelsestemaet på internettet, vil du se en række tori- og egerhjul, glaseret på alle sider som jordiske drivhuse.

Man kan forstå Tsiolkovsky, på det tidspunkt, hvor kosmisk stråling simpelthen var ukendt, som foreslog at skabe rumdrivhuse, der var åbne for sollys. På Jorden er vi beskyttet mod stråling af vores hjemplanets kraftige magnetfelt og en ret tæt atmosfære. Det magnetiske felt er praktisk talt uigennemtrængeligt for ladede partikler, der udsendes af solen - det kaster dem væk fra Jorden, så kun en lille mængde kan nå atmosfæren nær de magnetiske poler og skabe farverige nordlys.

Nutidens beboede rumstationer er placeret i kredsløb placeret inde i strålingsbælter (faktisk magnetiske fælder), og dette gør det muligt for astronauter at blive på stationen i årevis uden at modtage farlige doser af stråling.

Hvor jordens magnetfelt ikke længere beskytter mod stråling, burde strålingsbeskyttelsen være meget mere alvorlig. Den største hindring for stråling er ethvert stof, hvori det absorberes. Hvis vi antager, at absorptionen af kosmisk stråling i jordens atmosfære reducerer dets niveau til sikre værdier, så er det i åbent rum nødvendigt at omslutte beboede lokaler med et lag stof af samme masse, det vil sige hver kvadratcentimeter af området af lokalerne skal være dækket med et kilo stof. Hvis vi tager tætheden af det dækkende stof lig med 2,5 g / cm3 (sten), skal den geometriske tykkelse af beskyttelsen være mindst 4 meter. Glas er også et silikatstof, så for at beskytte drivhuse i det ydre rum har du brug for 4 meter tykt glas!

Desværre er rumstråling ikke den eneste grund til at opgive fristende projekter. Indendørs vil det være nødvendigt at skabe en kunstig atmosfære med den sædvanlige lufttæthed, det vil sige med et tryk på 1 kg / cm2. Når mellemrummene er små, kan rumfartøjets strukturelle styrke modstå dette tryk. Men enorme bebyggelser med en diameter på snesevis af meter beboede lokaler, der er i stand til at modstå et sådant pres, vil være teknisk vanskelige, hvis ikke umulige, at bygge. Skabelsen af kunstig tyngdekraft ved rotation vil også øge belastningen på stationsstrukturen betydeligt.

Derudover vil bevægelsen af enhver krop inde i den roterende "donut" blive ledsaget af Coriolis-kraftens handling, hvilket skaber stor ulejlighed (husk barndommens fornemmelser på gårdskarrusellen)! Og endelig vil store rum være meget sårbare over for meteoritnedslag: det er nok at knuse et glas i et stort drivhus for at al luften kan undslippe det, og organismerne i det ville dø.

Kort sagt, "æteriske bosættelser", efter nærmere undersøgelse, viser sig at være umulige drømme.

Måske var det ikke forgæves, at menneskehedens håb var forbundet med Mars? Det er en ret stor planet med ganske passende tyngdekraft, Mars har en atmosfære, og endda sæsonbestemte ændringer i vejret. Ak! Dette er blot en ydre lighed. Den gennemsnitlige temperatur på overfladen af Mars holdes på -50 ° C, om vinteren er det så koldt der, at selv kuldioxid fryser, og om sommeren er der ikke nok varme til at smelte vandis.

Densiteten af Mars-atmosfæren er den samme som jordens i en højde af 30 km, hvor selv flyvemaskiner ikke kan flyve. Det er selvfølgelig klart, at Mars på ingen måde er beskyttet mod kosmisk stråling. Til toppen har Mars meget svag jordbund: Det er enten sand, som selv vinde af tynd Marsluft blæser op i omfattende storme, eller det samme sand, der er frosset med is til en fast udseende sten. Kun på en sådan sten kan intet bygges, og underjordiske lokaler vil ikke være en udgang uden deres pålidelige styrkelse. Hvis lokalerne er varme (og folk ikke kommer til at bo i ispaladser!), vil permafrosten smelte, og tunnelerne vil kollapse.

Mange "projekter" af Mars-bygningen forestiller sig placeringen af færdige boligmoduler på overfladen af Mars. Det er meget naive ideer. For at beskytte mod kosmisk stråling skal hvert rum være dækket af et fire meter lag beskyttende lofter. Kort sagt, dæk alle bygninger med et tykt lag Marsjord, og så vil det være muligt at bo i dem. Men hvad er Mars værd at leve for? Mars har jo ikke den ønskede stabilitet i forhold, som vi allerede mangler på Jorden!

Mars bekymrer stadig folk, selvom ingen håber at finde smukke Aelith på den, eller i det mindste andre mennesker. På Mars leder vi primært efter spor af udenjordisk liv for at forstå, hvordan og i hvilke former liv opstår i universet. Men dette er en udforskende opgave, og for dens løsning er det slet ikke nødvendigt at leve på Mars. Og til opførelse af rumbebyggelser er Mars slet ikke et egnet sted.

Måske skulle du være opmærksom på de mange asteroider? Tilsyneladende er betingelserne for dem meget stabile. Efter det store meteoritbombardement, som for tre en halv milliard år siden forvandlede asteroidernes overflader til felter med store og små kratere fra meteoritnedslag, er der ikke sket noget med asteroiderne. I asteroidernes indvolde kan der bygges beboelige tunneler, og hver asteroide kan omdannes til en rumby. Der er ikke mange asteroider store nok til dette i vores solsystem – omkring tusind. Så de vil ikke løse problemet med at skabe enorme beboelige områder uden for Jorden. Desuden vil de alle have en smertefuld ulempe: i asteroider er tyngdekraften meget lav. Selvfølgelig vil asteroider blive kilder til mineralske råvarer til menneskeheden, men de er fuldstændig uegnede til opførelse af fuldgyldige boliger.

Så er det virkelig den endeløse plads til mennesker det samme som det endeløse hav uden et stykke land? Er alle vores drømme om rummets vidundere bare søde drømme?

Men nej, der er et sted i rummet, hvor eventyr kan blive til virkelighed, og, kan man sige, det er helt i nabolaget. Dette er Månen.

Af alle legemer i solsystemet har månen det største antal fordele set fra menneskehedens synspunkt, der søger stabilitet i rummet. Månen er stor nok til at have mærkbar tyngdekraft på dens overflade. Månens vigtigste klipper er solide basalter, der strækker sig hundredvis af kilometer under overfladen. Månen har ingen vulkanisme, jordskælv og klimatiske ustabiliteter, da Månen ikke har nogen smeltet kappe i dybet, ingen luft- eller vandhave. Månen er det nærmeste rumlegeme til Jorden, hvilket gør det lettere for kolonier på månen at yde nødhjælp og reducere transportomkostningerne. Månen er altid vendt mod Jorden på den ene side, og denne omstændighed kan være meget nyttig på mange måder.

Så den første fordel ved Månen er dens stabilitet. Det er kendt, at temperaturen på en overflade oplyst af solen stiger til + 120 ° C, og om natten falder den til -160 ° C, men på samme tid, allerede i en dybde på 2 meter, bliver temperaturfald usynlige. I månens indvolde er temperaturen meget stabil. Da basalter har lav varmeledningsevne (på jorden bruges basaltuld som en meget effektiv varmeisolering), kan enhver behagelig temperatur opretholdes i underjordiske rum. Basalt er et gastæt materiale, og inde i basaltstrukturer kan du skabe en kunstig atmosfære af enhver sammensætning og vedligeholde den uden stor indsats.

Basalt er en meget hård sten. På Jorden er der basaltklipper 2 kilometer høje, og på Månen, hvor tyngdekraften er 6 gange mindre end på Jorden, ville basaltvægge understøtte deres vægt selv i en højde på 12 kilometer! Som følge heraf er det muligt at bygge haller med en loftshøjde på hundreder af meter i basaltdybderne uden brug af yderligere befæstelser. Derfor kan du i månens dybder bygge tusindvis af etager af bygninger til forskellige formål uden at bruge andre materialer, bortset fra månebasalten selv. Hvis vi husker, at månens overfladeareal kun er 13,5 gange mindre end jordens overfladeareal, så er det let at beregne, at arealet af underjordiske strukturer på Månen kan være titusinder gange større end hele det territorium, der er besat af alt liv dannes på vores hjemmeplanet fra havenes dybder til toppen af bjergene. ! Og alle disse lokaler vil ikke være truet af naturkatastrofer i milliarder af år! Lovende!

Det er selvfølgelig nødvendigt straks at tænke: hvad skal man gøre med jorden udvundet fra tunnelerne? Dyrke kilometerhøje affaldsdynger på Månens overflade?

Det viser sig, at der her kan foreslås en interessant løsning. Månen har ingen atmosfære, og månedagen varer en halv måned, så en varm sol skinner uafbrudt overalt på månen i to uger. Hvis du fokuserer dens stråler med et stort konkavt spejl, vil temperaturen i den resulterende lysplet være næsten den samme som på Solens overflade - næsten 5000 grader. Ved denne temperatur smelter næsten alle kendte materialer, inklusive basalter (de smelter ved 1100 ° C). Hvis basaltflis langsomt hældes ind i dette varme sted, vil det smelte, og fra det er det muligt at smelte lag for lag af vægge, trapper og gulve. Du kan oprette en byggerobot, der vil gøre dette i henhold til programmet, der er fastlagt i den, uden menneskelig deltagelse. Hvis en sådan robot sendes op til månen i dag, vil kosmonauterne den dag, hvor den bemandede ekspedition ankommer til den, have, hvis ikke paladser, så i det mindste komfortable boliger og laboratorier, der venter på dem.

Blot at bygge plads på månen bør ikke være et mål i sig selv. Disse lokaler vil være nødvendige for, at folk kan leve under komfortable forhold, til placering af landbrugs- og industrivirksomheder, til oprettelse af rekreative områder, motorveje, skoler og museer. Først først skal du have alle garantier for, at mennesker og andre levende organismer, der er migreret til Månen, ikke vil begynde at nedbrydes på grund af ikke helt velkendte forhold. Først og fremmest er det nødvendigt at undersøge, hvordan langvarig eksponering for reduceret sværhedsgrad vil påvirke organismer af forskellig terrestrisk karakter. Disse undersøgelser vil være i stor skala; det er usandsynligt, at forsøg i reagensglas vil kunne garantere organismers biologiske stabilitet i mange generationer. Det er nødvendigt at bygge store drivhuse og voliere og udføre observationer og eksperimenter i dem. Ingen robotter kan klare dette - kun forskerne selv vil være i stand til at bemærke og analysere arvelige ændringer i levende væv og levende organismer.

At forberede sig på oprettelsen af fuldgyldige selvopretholdende kolonier på Månen er målopgaven, der bør blive et fyrtårn for menneskehedens bevægelse mod motorvejen for dens bæredygtige udvikling.

I dag har meget i den tekniske konstruktion af beboede bebyggelser i rummet ikke en klar forståelse. Strømforsyning under rumforhold kan ganske enkelt leveres af solcellestationer. En kvadratkilometer solpaneler, selv med en virkningsgrad på kun 10 %, vil give en effekt på 150 MW, dog kun i løbet af en månedag, det vil sige, at den gennemsnitlige energiproduktion vil være halvt så meget. Det ser ud til, at det er lidt. Ifølge prognoser for 2020 verdens elforbrug (3,5 TW) og verdens befolkning (7 milliarder mennesker) får den gennemsnitlige jordboer 0,5 kilowatt elektrisk strøm. Hvis vi går ud fra den sædvanlige gennemsnitlige daglige energiforsyning for en byboer, f.eks. 1,5 kW per person, så vil et sådant solenergianlæg på Månen være i stand til at tilfredsstille behovene hos 50 tusinde mennesker - ganske nok til en lille månekoloni.

På Jorden bruger vi en betydelig del af vores elektricitet til belysning. På Månen vil mange traditionelle skemaer blive radikalt ændret, især belysningsskemaerne. Underjordiske rum på månen skal være godt oplyste, især drivhuset. Det nytter ikke noget at producere elektricitet på månens overflade, overføre den til underjordiske bygninger og så omdanne elektricitet til lys igen. Det er meget mere effektivt at installere koncentratorer af sollys på Månens overflade og belyse fiberoptiske kabler fra dem. Niveauet af nutidens teknologi til fremstilling af lysledere giver dig mulighed for at transmittere lys næsten uden tab over tusindvis af kilometer, så det burde ikke være svært at transmittere lys fra månens oplyste områder gennem et system af lysledere til ethvert underjordisk rum, skiftende koncentratorer og lysledere, der følger solens bevægelse hen over månehimlen.

I de første faser af opførelsen af en månekoloni kan Jorden være en donor af de nødvendige ressourcer til arrangementet af bosættelser. Men mange ressourcer i rummet vil være lettere at udvinde end at levere fra Jorden. Månebasalter er halvt sammensat af metaloxider - jern, titanium, magnesium, aluminium osv. I processen med at udvinde metaller fra basalter udvundet i miner og adits vil der blive opnået ilt til forskellige behov og silicium til lysledere. I det ydre rum er det muligt at opsnappe kometer, der indeholder op til 80 % vandis, og at sikre forsyning af vand til bosættelser fra disse rigelige kilder (årligt flyver op til 40.000 minikometer fra 3 til 30 meter forbi Jorden ikke længere end 1,5 millioner km fra den).

Vi er overbeviste om, at forskning i skabelsen af bosættelser på månen i løbet af de næste tre til fem årtier vil dominere menneskehedens lovende udvikling. Hvis det bliver klart, at behagelige betingelser for menneskeliv kan skabes på månen, så vil koloniseringen af månen i flere århundreder være vejen til den jordiske civilisation for at sikre dens bæredygtige udvikling. I hvert fald er der ingen andre kroppe, der er mere egnede til dette i solsystemet.

Måske vil intet af dette ske af en helt anden grund. Udforskning af rummet handler ikke kun om at udforske det. Rumudforskning kræver skabelse af effektive transportruter mellem Jorden og Månen. Hvis en sådan motorvej ikke dukker op, vil astronautikken ikke have nogen fremtid, og menneskeheden vil være dømt til at forblive inden for grænserne af sin oprindelige planet. Raketteknologi, som gør det muligt at opsende videnskabeligt udstyr ud i rummet, er en dyr teknologi, og hver raketopsendelse er også en enorm belastning for vores planets økologi. Vi får brug for en billig og sikker teknologi til at sende en nyttelast ud i rummet.

I denne forstand er Månen af usædvanlig interesse for os. Da den altid vender mod Jorden med den ene side, fra midten af halvkuglen mod Jorden, kan du strække et rumelevatorkabel til vores planet. Lad dig ikke skræmme af dens længde - 360 tusinde kilometer. Med en kabeltykkelse, der kan modstå et 5-tons førerhus, vil dens samlede vægt være omkring tusind tons - det hele vil passe i flere BelAZ-minedumpervogne.

Materialet til kablet med den krævede styrke er allerede opfundet - disse er carbon nanorør. Du skal blot lære at gøre den fejlfri i hele fiberens længde. Selvfølgelig skal rumelevatoren bevæge sig meget hurtigere end sine jordiske modstykker, og endda meget hurtigere end højhastighedstog og fly. For at gøre dette skal måneelevatorkablet dækkes med et lag superleder, og så kan elevatorstolen bevæge sig langs det uden at røre selve kablet. Så vil intet forhindre kabinen i at bevæge sig ved enhver hastighed. Det vil være muligt at accelerere kabinen halvvejs og bremse den halve vej. Hvis samtidig accelerationen "1 g", som er sædvanlig på Jorden, bruges, vil hele rejsen fra Jorden til Månen kun tage 3,5 timer, og kabinen vil være i stand til at foretage tre flyvninger om dagen. Teoretiske fysikere hævder, at superledning ved stuetemperatur ikke er forbudt af naturlovene, og mange institutter og laboratorier rundt om i verden arbejder på at skabe den. Vi kan virke optimistiske for nogen, men efter vores mening kan måneelevatoren blive en realitet om et halvt århundrede.

Vi har her kun betragtet nogle få sider af det enorme problem med rumkolonisering. En analyse af situationen i solsystemet viser, at kun månen kan blive det eneste acceptable genstand for kolonisering i de kommende århundreder.

Selvom Månen er tættere på Jorden end nogen anden krop i rummet, er det bydende nødvendigt at have midlerne til at nå den for at kolonisere den. Hvis de ikke er der, så vil Månen forblive lige så uopnåelig som det store land for Robinson, fast på en lille ø. Hvis menneskeheden havde en masse tid og nok ressourcer til sin rådighed, så er der ingen tvivl om, at den ville overvinde eventuelle vanskeligheder. Men der er alarmerende tegn på en anden udvikling af begivenhederne.

Storstilede klimatiske ændringer, foran vores øjne, ændrer levevilkårene for mennesker på hele planeten, kan i den nærmeste fremtid tvinge os til at rette alle vores kræfter og ressourcer til elementær overlevelse under nye forhold. Hvis niveauet af verdenshavene stiger, vil det være nødvendigt at håndtere overførslen af byer og landbrugsjord til uudviklede og uegnede til landbrug. Hvis klimaændringer fører til en global afkøling, vil det være nødvendigt at løse problemet med ikke kun at opvarme boliger, men også at fryse marker og græsgange. Alle disse problemer kan fjerne alle menneskehedens kræfter, og så er de måske simpelthen ikke nok til at udforske rummet. Og menneskeheden vil forblive på deres hjemplanet som på deres egen, men den eneste beboede ø i det store ocean af rummet.