science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Hoe bouw je een maanbasis?

Artistieke impressie van een maanbasis. Krediet:NASA

Een halve eeuw nadat de mens voor het eerst op de maan liep, een aantal particuliere bedrijven en landen zijn van plan om permanente bases op het maanoppervlak te bouwen. Ondanks de technologische vooruitgang sinds het Apollo-tijdperk, dit zal zeer uitdagend zijn. Dus hoe moet je beginnen?

De omstandigheden op het maanoppervlak zijn extreem. De maan heeft een omwentelingsperiode van 28 dagen, wat resulteert in twee weken continu zonlicht gevolgd door twee weken duisternis op de meeste breedtegraden. Omdat de maan geen significante atmosfeer heeft om de warmte van de zon te verspreiden, temperaturen overdag kunnen oplopen tot 130°C. In de tussentijd, de koudste nachttemperaturen zijn geregistreerd als -247°C.

Door het ontbreken van een beschermende atmosfeer is er ook weinig bescherming tegen schadelijke kosmische straling. Dit betekent dat maanbewoners gebouwen moeten bouwen met muren die voldoende dik zijn om te voorkomen dat straling binnenkomt en omslachtige ruimtepakken moeten gebruiken bij het verlaten van de faciliteit. De muren moeten ook sterk genoeg zijn om de drukverschillen tussen buiten en binnen te weerstaan ​​en de impact van micrometeorieten aan te kunnen:kleine stukjes steen en stof die met hoge snelheden op het oppervlak neerstorten.

Deze overwegingen betekenen dat, wanneer we de eerste bases uitbreiden en daadwerkelijk structuren gaan bouwen op de maan, maan beton, dat is een mengsel van zwavel en aggregaat (korrels of steenslag - normaal beton is aggregaat, cement en water) zou een goede optie zijn. Dat komt omdat het niet-poreus is, sterk en heeft geen water nodig, die schaars is op de maan.

Een ander probleem is de lage zwaartekracht op de maan - slechts een zesde van die op aarde. Overuren, dit kan problemen veroorzaken zoals spier- en botverlies. Elke permanente maannederzetting moet deze risico's minimaliseren, bijvoorbeeld door beweging verplicht te stellen.

Hoewel nog maar weinig ruimtevaartorganisaties details over hun plannen hebben vrijgegeven, we kunnen waarschijnlijk aannemen dat de eerste bases op de maan vooraf zullen moeten worden gebouwd en vanaf de aarde naar de maan moeten worden getransporteerd, zodat ze meteen gebruikt kunnen worden.

Een dergelijke basis moet op betrouwbare wijze ademende lucht behouden, wat betekent dat zuurstof moet worden geleverd en kooldioxide moet worden verwijderd. Het International Space Station (ISS) maakt gebruik van elektrolyse om water af te breken in zuurstof en waterstof en om koolstofdioxide in de ruimte te ventileren.

Stroombronnen

Een essentieel ingrediënt voor elke basis is een voeding. Het ISS ondersteunt doorgaans zes astronauten wanneer het volledig bemand is en vereist 75 kW tot 90 kW vermogen voor alles, van levensondersteuning en het aandrijven van wetenschappelijke apparatuur tot waterrecycling. Afhankelijk van het aantal maankolonisten en de taken die ze uitvoeren, deze vermogensbehoefte kan als een absoluut minimum worden beschouwd.

Een optie zou zijn om zonnepanelen te gebruiken. Maar als de basis zich in equatoriale gebieden bevindt, dan zullen zonnepanelen maar 14 dagen aaneengesloten stroom produceren, gevolgd door twee weken duisternis. Kolonisten zouden daarom stroom in batterijen moeten opslaan en gebruiken tijdens de donkere periode. Als de basis op de noord- of zuidpool was geplaatst, echter, zonnepanelen zouden constant zonlicht ontvangen.

Artist impression. Europees Ruimteagentschap (ESA). Krediet:CC BY-SA

Kernreactoren zijn een betrouwbaarder alternatief voor zonne-energie. De laatste jaren is er veel belangstelling voor geminiaturiseerde splijtingsreactoren. Het probleem is dat zelfs kleine reactoren enkele tonnen kunnen wegen, wat een probleem is, aangezien ze vanaf de aarde moeten worden vervoerd. Er is ook het risico dat we uiteindelijk nucleair materiaal hebben verspreid op een momenteel ongerepte locatie.

Een andere mogelijkheid zijn thermische generatoren met radio-isotopen. Deze produceren energie door een elektrische stroom op te wekken uit het temperatuurverschil tussen een radioactief materiaal en een koelere externe omgeving. Op aarde, deze zijn niet erg effectief omdat de kamertemperatuur vrij warm is, maar in de schaduwrijke delen van de maan wordt het erg koud. Deze apparaten zijn vaak gebruikt als stroombron voor diepe ruimtesondes, die te ver van de zon af reizen om zonne-energie te benutten. Maar voor maankolonisatie, een zeer groot aantal zou nodig zijn omdat ze niet erg efficiënt zijn in het omzetten van warmte in elektriciteit.

Elke potentiële stroombron heeft zijn voor- en nadelen, maar de zonnepanelen zijn de beste optie als je ze op de juiste plek kunt plaatsen.

Eten en water

Duidelijk, de bewoners van een maanbasis zouden moeten overleven op een voornamelijk plantaardig dieet. Vlees en ander voedsel zou door bevoorradingsschepen moeten worden geleverd, omdat landbouw een grote infrastructuur nodig heeft om praktisch te zijn. Het is, echter, theoretisch mogelijk om planten op maangrond te laten groeien - computermodellen laten zien dat tomaat en tarwe kunnen ontkiemen.

De planten zullen behoorlijk wat ruimte nodig hebben om voldoende voedsel te kunnen leveren - de basis moet groot genoeg zijn om dit aan te kunnen. Hoewel veel voedingsstoffen voor gewassen beschikbaar zijn in maangrond, de afwezigheid van stikstof, wat essentieel is voor de plantengroei, blijft een flinke uitdaging. Er zijn ook hoge niveaus van metalen zoals aluminium en chroom, die giftig kunnen zijn voor planten.

We kunnen een aantal van deze problemen verhelpen door een techniek te gebruiken die bekend staat als hydrocultuur:planten kweken in water in plaats van aarde, met led-verlichting die voor kunstmatig zonlicht zorgt. Bijvoorbeeld, dit kan worden uitgevoerd in een interne raamloze kamer.

Een nadeel van hydrocultuur is de hoeveelheid water die nodig is. Water kan eenvoudig worden hergebruikt met behulp van de huidige technieken van afvoer van gootsteen en douche, zweet en urine, hoewel er onvermijdelijk een deel verloren gaat en moet worden bijgevuld. Gelukkig is het mogelijk om bescheiden hoeveelheden waterijs uit de maan te halen, vooral aan de polen.

De laatste belangrijke overweging voor een toekomstige maankolonie is gezondheid en veiligheid. De mogelijke risico's van exploratie zijn goed gedocumenteerd. We hebben moeite met het herstellen van zieke mensen op ontoegankelijke locaties zoals Antarctica, waar medische ondersteuning in de zomermaanden beperkt is en vrijwel onbestaande in de wintermaanden. Dit suggereert dat een maanbasis medisch zelfvoorzienend moet zijn, waarvoor meer gewicht naar de maan moet worden gestuurd in de vorm van medische apparatuur en opgeleid personeel.

Uiteindelijk hebben we de technologie om een ​​maanbasis levensvatbaar te maken, maar geen enkele hoeveelheid innovatie kan de risico's volledig tenietdoen. Of zo'n basis doorgaat of niet, hangt misschien meer af van deze berekening dan van welke andere dan ook. De vraag is of we als samenleving de maag hebben voor maankolonisatie, evenals maansla, of niet.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.