گام به گام تا احداث یک پایگاه دائمی در ماه

چگونه می توانیم بدون نیاز به حمل منابع حیاتی و مصالح سنگین، یک پایگاه دائمی را برای سکونت در کره ی ماه دایر کنیم؟

  1. ۳ روز،۱۳ ساعت قبل
گام به گام تا احداث یک پایگاه دائمی در ماه
به گزارش نوداد (سکوی اجتماعی خبر)

سه سال بعد از مأموریت آپولو ۱۱ و فرود موفقیت آمیز اولین انسان روی کره ی ماه در سال ۱۹۷۵، پخش مجموعه ی تلویزیونی «فضا : ۱۹۹۹» با محتوایی علمی تخیلی درمورد فضا آغاز شد. این مجموعه روایتگر یک انفجار هسته ای بزرگ در سطح کره ی ماه بود که به دنبال آن، کل سیاره به همراه یک مستعمره ی بین المللی قمری با بیش از ۳۰۰ نفر سرنشین از مدار خود خارج شد و همگی در فضای بی کران سرگردان شدند.

گویا این سریال تلویزیونی در آن زمان تاثیر آشکاری بر رویاهای جوانی به نام ایلان ماسک داشت؛ چراکه وقتی بنیان گذار اسپیس ایکس (SpaceX) در اوت ۲۰۱۷، از طرح های خود برای احداث یک مستعمره ی اقماری روی سطح ماه پرده برداشت، او از این مستعمره با نام «پایگاه قمری آلفا» یاد کرد؛ نامی که به وضوح برگرفته از پایگاه خیالی روایت شده در سریال یادشده بود.

اما اسپیس ایکس تنها شرکتی نیست که قصد دارد پای انسان ها را به ماه باز کند. آژانس فضایی چین با نام CNSA (اداره ی ملی فضایی چین) نیز اندکی پس از فرود موفقیت آمیز کاوشگر چانگ ای ۴ در نیمه ی پنهان ماه، مراحل بعدی مأموریت های اکتشافی خود را در ماه اعلام کرده است.

پایگاه ماه / Moon Base

هرگونه اقامتگاه مستقر روی ماه باید تا حدامکان زیرزمین ساخته شود تا از گزند تشعشعات کیهانی در امان بماند

مأموریت های چانگ ای ۵ و چانگ ای ۶ به نمونه برداری از خاک ماه اختصاص خواهند یافت و مامویت چانگ ای ۷ نیز تحقیقات خود را در قطب جنوب این قمر آغاز خواهد کرد. این بخش از ماه به علت دارا بودن یخ، از لحاظ امکان سکونت پذیری اهمیت بالایی دارد. همان گونه که وو یانهوآ، نائب رئیس CNSA در ژانویه ی امسال اظهار کرد:

ما امیدواریم که چانگ ای ۸ در آزمایش برخی تکنولوژی ها و انجام پاره ای از کاوش ها مفید واقع شود تا نهایتا بتوانیم یک ایستگاه مشترک در ماه با مشارکت سایر کشورها دایر کنیم.

چین تنها کشوری نیست که چنین رؤیای جاه طلبانه ای را در سر می پروراند. هم اکنون با گذر ۵۰ سال از فرود اولین انسان روی ماه، ایده ی عملیاتی سازی ایجاد یک پایگاه روی سطح ماه در حال بررسی است. طنز ماجرا این است که ایالات متحده ی آمریکا تنها کشوری بوده که تاکنون توانسته پای خود را روی ماه بگذارد؛ اما حالا گویا این کشور از برنامه ی سایر کشورها عقب افتاده است. این کشور تا اوت ۲۰۱۸ از طرح ایجاد پایگاه های دائمی خود روی ماه رونمایی نکرد. تمرکز اصلی ناسا تا آن زمان روی مریخ بود. حتی آژانس فضایی اروپا (ESA) نیز در این عرصه یک گام از آمریکا پیش بود.

دهکده ماه

در سال ۲۰۱۶، آژانس فضایی اروپا طرح هایی را برای احداث یک پایگاه دائمی در ماه اعلام کرد. این سازمان که زیرنظر مدیریت جدید خود، جَن وُرنر اداره می شود، دیدگاه نوینی برای احداث یک دهکده ی قمری ارائه کرده که قرار است جمعیتی متنوع از دانشمندان گرفته تا هنرمندان و نیز سازمان های عمومی و خصوصی در آن اسکان یابند. هدف از چنین پروژه ای می تواند پژوهش های ستاره شناسی، مقاصد گردشگری یا اکتشاف زمین شناسی برای استخراج مواد معدنی نایاب در سطح زمین باشد.

آریل اکبلاو، بنیان گذار مؤسسه ی تحقیقات اکتشاف فضایی در MIT  روی ایده ی «دموکراسی سازی فضا» کار می کند و برای نائل شدن به این هدف، گروه های پژوهشی متفاوتی را از روباتیک و زیست عصب شناسی مصنوعی گرفته تا معماری، هنر، فضا و طراحی گرد هم آورده است.

با اینکه در ابتدا چنین ایده ای ازسوی ورنر مورد توجه چندانی قرار نگرفت، اما آدیان کولی، مشاور علمی آژانس فضایی اروپا از اولین کسانی بود که از آن استقبال کرد. وی که پیش تر روی تکنولوژی های ماه در مرکز فضانوردی این آژانس در کُلن آلمان فعالیت می کرد، با خنده می گوید:

در ابتدا همه با بهت و حیرت به من نگاه کردند. اما برای من بسیار مسرت بخش بود که اندک علاقه ای را برای فعالیت پیرامون ماه می دیدم.

برخلاف ناسا که یک سیاست منع همکاری با چین را در سفرهای فضایی دنبال می کند، آژانس فضایی اروپا با CNSA همکاری نزدیکی دارد. کولی می گوید: «در سال گذشته، فضانوردانی ازسوی ما با نام های متیز مارر و سامانتا کریستوفورتی با همکاران چینی خود در عملیات بقا و نجات در دریا همکاری داشتند.»

پایگاه ماه / Moon Base

نمونه طرح مفهومی از ساختار یک پایگاه قمری آژانس فضایی اروپا

ناسا قصد دارد تا سال ۲۰۳۰ فضانوردان را در سطح ماه فرود آورد و در حال برنامه ریزی برای ساخت یک سکوی مدارگرد ماه به نام گیت وی است. شرکت های خصوصی نیز حرکت به سوی ماه را نشانه گرفته اند. به عنوان مثال، شرکت بلو اوریجین (blue origin) درحال همکاری با OHB و MT Aerospace  است تا بتواند کشتی فضایی باری خود را برای فرود روی سطح ماه آماده کند. اما فارغ ازاینکه کدام سازمان یا نهادی زودتر بتواند به ماه برسد، اولویت اصلی، بقا در آنجا خواهد بود. طولانی ترین مدتی که انسان ها تاکنون توانسته اند روی ماه دوام بیاورند، تنها سه روز بوده است. شرایط محیطی این قمر، برای اقامت طولانی تر چندان دلپذیر نیست.

مقصدگزینی در ماه

دمای سطح ماه بین ۱۲۷- تا ۱۷۳- درجه ی سانتی گراد متغیر است. به علاوه در آنجا با معضلاتی نظیر تشعشعات کیهانی و نیز گرانش کم (حدود یک ششم گرانش زمین) مواجه ایم. هر روز در ماه نیز معادل ۱۰ روز زمینی است که به معنی زندگی در چرخه های دو هفته ای از روشنایی و تاریکی متوالی خواهد بود. این قضیه به خصوص درمورد کاربرد انرژی خورشیدی بسیار حائز اهمیت است. هر فناوری معرفی شده برای یک پایگاه قمری باید قابلیت کار در چنین شرایطی را داشته باشد.

مسابقه ی ماه، رقابتی پنج ساله خواهد بود که قرار است در آن به بهترین ایده برای اسکان روی ماه دست یابیم

با درنظر گرفتن چنین چشم اندازی، چندین سازمان (از جمله بلو اوریجین ، ایرباس دیفنس اند اسپیس و آژانس فضایی اروپا) اخیرا اقدام به ایجاد یک سازمان غیرانتفاعی به نام مسابقه ی ماه (Moon Race) کرده اند. هدف از این رقابت جهانی، تشویق شرکت ها به توسعه ی فناوری هایی در حوزه ه ی تولید، تأمین انرژی، منابع (تهیه ی آب آشامیدنی در ماه) و زیست شناسی (حفظ و پایداری اولین گلخانه در سطح ماه) است. این برنامه قرار است به طور رسمی در ماه اکتبر سال ۲۰۱۹ در کنگره ی بین المللی فضانوردی آغاز شود. پییر الکسیس جومل، مهندس فضا در ایرباس آلمان و از بنیان گذاران سازمان مسابقه ی ماه می گوید:

ما دستورالعمل ها و قوانین را در ماه میلادی آینده تبیین خواهیم کرد. این رقابت پنج سال طول خواهد کشید؛ زیرا هدف از مسابقه ی ماه آن است که به بهترین ایده برای اسکان روی ماه دست یابیم.

نمونه های اولیه از فناوری های منتخب برای آزمایش تحت شرایط واقعی راهی یک مأموریت به ماه خواهند شد. مأموریت های موردنظر عمدتا ازسوی آژانس های فضایی انجام خواهند شد که یکی از آن ها برای سال ۲۰۲۴ یا ۲۰۲۵ برنامه ریزی شده است.

خانه سازی در ماه

برخلاف مدل های مفهومی از پایگاه های قمری در داستان های علمی تخیلی، مدل های واقعی ما بسیار ساده تر و ابتدایی تر خواهند بود. سفر به ماه هزینه ی زیادی دربردارد. هرچه محموله های اعزامی ما سنگین تر باشند، سوخت مصرفی ما نیز بیشتر خواهد بود و هزینه ها بالاتر خواهند رفت. بنابراین، ساختن اقامتگاه های فضایی با استفاده از منابع موجود در ماه رویکردی منطقی خواهد بود. در ماه این امکان وجود دارد که بتوانیم از مجراهای گدازه هایی که در طول فعالیت های آتش فشانی ماه در گذشته ی دور شکل گرفته اند، به عنوان پناهگاه استفاده کنیم. ضمن اینکه، امکان دسترسی به یخ نیز در زیر سطح ماه وجود خواهد داشت. اما اولویت اول آن است که بتوانیم بااستفاده از خاک رگولیت در ماه (شن بازالتی خاکستری رنگ موجود در سطح ماه که شباهت زیادی با شن های آتشفشانی زمین دارد) یک زیستگاه بسازیم.

پایگاه ماه / Moon Base

درصورت مکانیزسیون عملیات ساخت وساز در ماه، ساخت پایگاه ها در زمان کوتاه تری ممکن خواهد شد

پروفسور ماتیاس اسپرل از دانشگاه کلن درحال همکاری با آژانس فضایی آلمان (DLR) است تا از پودر سنگ های آتش فشانی برای ساخت آجر استفاده کند. این پودر با استفاده از فرآیندی به نام «سینترینگ» انسجام می یابد؛ فرایندی که در آن از تمرکز نور خورشید یا لیزر برای پیوند دادن مواد استفاده می شود. او از چاپگرهای سه بعدی برای ساخت آجر در اشکال مختلف استفاده کرد تا ببینند کدامیک از این انواع کارایی بهتری دارند. اسپرل می گوید:

آنچه که ما می توانیم با تکنیک ها و شکل های کنونی بسازیم، قطعات ساختمانی قفل شونده اند. آنچه ما می سازیم، «لِگو» نیستند، ولی می توان گفت به نوعی آجرهای قفل شونده محسوب می شوند.

این آجرها به شکل سازه ای نظیر ایگلو (کلبه ی اسکیمویی) چیده می شوند و سپس از بالا در مقابل فشارهای اضافی تقویت می شوند. این تقویت سازی با قرارگیری یک لایه از خاک رگولیت با ضخامت یک متر روی سقف سازه ها میسر می شود؛ بدین ترتیب یک لایه ی محافظ طبیعی دربرابر تشعشعات کیهانی نیز به وجود می آید؛ ضمن اینکه به دلیل عدم وزش باد در سطح ماه، امکان جابجایی این لایه به اطراف وجود نخواهد داشت. اسپرل در ادامه می گوید:

برای شروع فرایند سینترینگ خاک ماه و در ادامه چاپ سه بعدی آجرهای موردنیاز، به یک لنز بزرگ با ابعاد یک مترمربع یا بزرگتر نیاز داریم تا بتوانیم نور خورشید را به اندازه ی کافی متمرکز کنیم. پس از این مرحله، نیاز به یک فضانورد یا احتمالا یک ربات خواهیم داشت تا با چیدن این آجرها در یکدیگر، بتوانیم زیستگاه ها را بسازیم.
اکسیژن موردنیاز برای تنفس نیز می تواند از درون خاک رگولیت ماه استخراج شود

اما ساختن یک به یک این زیستگاه ها فرآیندی کند و زمان بر خواهد بود. اسپرل می گوید:

برای ساخت هر آجر تقریبا پنج ساعت زمان لازم است. بنابراین ساخت ۱۰ هزار آجر موردنیاز یک ایگلو، ماه ها زمان خواهد برد.

پایگاه ماه / Moon Base

سفر به ماه و ساخت پایگاه در ماه، دو مأموریت کاملا متفاوت هستند

اگر لنزهای بیشتری به کار گرفته شوند و عملیات ساخت وساز نیز مکانیزه شود، امکان کاهش زمان تولید وجود خواهد داشت؛ این برنامه کاملا عملی است. اسپرل می افزاید:

رگولیت موجود در ماه می تواند سازه هایی با مقاومتی مشابه با انواع بتنی ایجاد کند. فناوری های فعلی تنها امکان رسیدن به یک پنج مقاومت نهایی را فراهم می کند؛ یعنی مقاومتی مشابه با گچ؛ بنابراین سرمایه گذاری بیشتری برای رسیدن به حداکثر مقاومت ممکن نیاز است.

مرحله ی بعدی افزایش مقیاس است. خوشبختانه قرار است فرایند ساخت وساز در سال جاری روی یکی از تاسیسات قمری آژانس فضایی اروپا آغاز شود که می تواند به آماده سازی فناوری ها و زندگی روی ماه کمک کند.

بقا

پیش تر شواهدی مبنی بر وجود آب به شکل یخ در نواحی قطبی ماه تشخیص داده شد که نهایتا این شواهد در اوت سال گذشته ازسوی ناسا نیز مورد تأیید قرار گرفت. با این تفاسیر احتمال می رود که پایگاه های قمری نیز در این نقاط واقع شوند. به همین دلیل است که سطح نشین یوتو ۲ متعلق به مأموریت چانگ ای ۴ نیز هم اکنون در حال جمع آوری اطلاعات در حوضچه ی Aitken در قطب جنوب ماه است. یخ های سطحی ماه می توانند در دهانه های آتشفشانی دور از نورخورشید یا در زیر زمین یافت شوند.

اکسیژن موردنیاز برای تنفس نیز می تواند از درون رگولیت کره ی ماه استخراج شود. محتمل ترین منبع برای استخراج این عنصر، ایلمنیت (FeTiO۳) است که در ترکیب با هیدروژن در دمای حدود ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد، بخار آب تولید می کند. پس از جمع آوری این بخارآب، باید هیدروژن و اکسیژن جداسازی شوند.

با استفاده از سلول های خورشیدی و پیل های سوختی می توان چرخه ی تولید و ذخیره سازی انرژی را در ماه به پایداری رساند

برای شروع، فضانوردان باید آب و مواد غذایی خود را به همراه ببرند. با آزمایش موفقیت آمیز کشت و جوانه زنی اولین بذرهای گیاهی در سطح ماه طی یکی از مأموریت های جانبی چانگ ای ۴، امیدهای زیادی شکل گرفته است. بااین حال، تولید غذای پایدار در فضا ایده ی تازه ای نیست. اولین بار در سال ۱۹۸۲ بود که فضانوردان شوروی گیاه Arabidopsis thaliana (یکی از انواع گونه ی خردل) را در ایستگاه فضایی سالیوت ۷ پرورش دادند. در سال ۲۰۱۰ نیز دانشگاه آریزونا یک نمونه ی اولیه از «گلخانه های قمری» را احداث کردند. این گلخانه متشکل از یک سیستم کشت هیدروپونیک بود که در آن از یک لوله ی ۵.۵ متری به عنوان غشا و لامپ های بخار سدیم برای نوردهی استفاده شد. پژوهشگران بذرها را درون «پاکت هایی» ویژه قرار دادند و از دی اکسید کربن ناشی از تنفس فضانوردان و آب به دست آمده از ادرار برای فتوسنتز گیاهان بهره بردند؛ ضمن اینکه کابل های فیبر نوری نیز نور خورشید را به درون این گلخانه هدایت می کردند.

پایگاه ماه / Moon Base

فرود سطح نشین چانگ ای ۴ روی ماه آغازی دوباره برای مأموریت های اکتشافی در تنها قمر زمین بود

انرژی

برای زندگی روی ماه، فناوری های نوین انرژی نقشی کلیدی خواهند داشت. پیل های سوختی مورد استفاده در زمین از واکنش شیمیایی بین هیدروژن و اکسیژن (موجود در اتمسفر) برای تولید الکتریسیته و آب (به عنوان محصول جانبی) بهره می برند. در ماه هیچ اتمسفری وجود ندارد؛ بااین حال، مواد موردنیاز چنین واکنشی در آنجا نیز یافت می شوند. کولی که در حال توسعه ی این فناوری های جدید است، می گوید:

شما می توانید آبی را که در سطح ماه یافت می شود، تجزیه کرده و در طول شب با بازترکیب [عناصر سازنده ی] آن ، انرژی الکتریکی مورد نیاز خود را تأمین کنید. طی روز ما مقادیر زیادی انرژی خورشیدی در اختیار داریم که می توانیم از مازاد این انرژی برای تجزیه ی آب به عناصر اکسیژن و هیدروژن بهره ببریم.  بنابراین می توانیم از آن به عنوان یک ابزار منحصر به فرد طی مأموریت های بلندمدت روی ماه استفاده کنیم.

همچنین در ماه امکان ذخیره سازی انرژی حرارتی (در فرایندی مشابه با پمپ های حرارتی) وجود خواهد داشت. کولی می گوید:

روی ماه، خبری از جریان های همرفتی نظیر باد نیست؛ بنابراین گرمای جذب شده از خورشید در خاک رگولیت باقی می ماند. ما می توانیم با بهره گیری از یک لنز یا آینه، نور خورشید را روی خاک متمرکز کنیم و از آن به عنوان منبعی برای گرمایش پایگاه ها یا تولید برق استفاده کنیم.

آن گاه که این فناوری ها تکمیل شوند و برای کار در شرایط محیطی ماه مورد آزمایش قرار گیرند، فضانوردان قادر خواهند بود پایگاهی برای ما روی ماه بسازند. آینده های دوردست را فراموش کنید؛ همه ی این اتفاقات قرار است خیلی زودتر از آنچه که تصور می کنید، تحقق یابند.





همرسانی نوشتار: