Vijfenveertig jaar zijn verstreken sinds mensen voor het laatst voet op een buitenaards lichaam hebben gezet. Nutsvoorzieningen, de maan staat weer centraal in de inspanningen, niet alleen om de ruimte te verkennen, maar om een ​​permanente, onafhankelijke ruimtevaartmaatschappij.

Het plannen van expedities naar de dichtstbijzijnde hemelse buur van de aarde is niet langer alleen een NASA-inspanning, hoewel de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie plannen heeft voor een ruimtestation in een baan om de maan dat in het begin van de jaren 2030 als pleisterplaats voor Mars-missies zou dienen. De United Launch Alliance, een joint venture tussen Lockheed Martin en Boeing, plant een maantankstation voor ruimtevaartuigen, in staat om 1, 000 mensen die binnen 30 jaar in de ruimte wonen.

Miljardairs Elon Musk, Jeff Bezos en Robert Bigelow hebben allemaal bedrijven die mensen of goederen naar de maan willen brengen. Verschillende teams die strijden om een ​​deel van de geldprijs van 30 miljoen dollar van Google, zijn van plan om rovers naar de maan te lanceren.

Wij en 27 andere studenten van over de hele wereld hebben onlangs deelgenomen aan de Caltech Space Challenge 2017, ontwerpen voorstellen van hoe een maanlancerings- en bevoorradingsstation voor diepe ruimtemissies eruit zou kunnen zien, en hoe het zou werken.

De grondstoffen voor raketbrandstof

Op dit moment zijn alle ruimtemissies gebaseerd op, en gelanceerd vanaf, Aarde. Maar de aantrekkingskracht van de aarde is sterk. Om in een baan om de aarde te komen, een raket moet 11 kilometer per seconde reizen – 25, 000 mijl per uur!

Elke raket die de aarde verlaat, moet alle brandstof vervoeren die hij ooit zal gebruiken om zijn bestemming te bereiken en, indien nodig, weer terug. Die brandstof is zwaar - en het kost veel energie om het met zulke hoge snelheden in beweging te krijgen. Als we konden tanken in een baan om de aarde, die lanceerenergie zou meer mensen of vracht of wetenschappelijke apparatuur in een baan om de aarde kunnen brengen. Dan kan het ruimtevaartuig tanken in de ruimte, waar de zwaartekracht van de aarde minder krachtig is.

De maan heeft een zesde van de zwaartekracht van de aarde, waardoor het een aantrekkelijke alternatieve basis is. De maan heeft ook ijs, die we al weten te verwerken tot een waterstof-zuurstof-drijfgas dat we in veel moderne raketten gebruiken.

Lopende Luna

NASA's Lunar Reconnaissance Orbiter en Lunar Crater Observation and Sensing Satellite-missies hebben al aanzienlijke hoeveelheden ijs gevonden in permanent beschaduwde kraters op de maan.

Die locaties zouden lastig te mijnen zijn omdat ze kouder zijn en geen zonlicht bieden voor het aandrijven van zwervende voertuigen. Echter, we zouden grote spiegels op de randen van de kraters kunnen installeren om zonnepanelen te verlichten in de permanent beschaduwde gebieden.

Rovers van Google's Lunar X Prize-competitie en NASA's Lunar Resource Prospector, start in 2020, zou ook bijdragen aan het vinden van goede locaties om ijs te delven.

Stel je een maanbasis voor

Afhankelijk van waar de beste ijsreserves zijn, we moeten misschien verschillende kleine robotmaanbases bouwen. Ieder zou ijs mijnen, produceren vloeibare stuwstof en overbrengen naar passerende ruimtevaartuigen. Ons team ontwikkelde plannen om die taken te volbrengen met drie verschillende soorten rovers. Onze plannen vereisen ook een paar kleine robotshuttles om nabije deep-space missievoertuigen in een baan om de maan te ontmoeten.

een rover, die we de Prospector noemen, zou de maan verkennen en ijshoudende locaties vinden. Een tweede rover, de constructeur, zou volgen, het bouwen van een lanceerplatform en het inpakken van wegen om bewegingen voor het derde rover-type te vergemakkelijken, de mijnwerkers, die het ijs daadwerkelijk verzamelen en afleveren aan nabijgelegen opslagtanks en een elektrolyseverwerkingsfabriek die water splitst in waterstof en zuurstof.

De constructeur zou ook een landingsplaats bouwen waar het kleine bijna-maantransport-ruimtevaartuig dat we Lunar Resupply Shuttles noemen, zou aankomen om brandstof op te halen voor levering als pas gelanceerde ruimtevaartuigen langs de maan passeren. De shuttles zouden door de maan gemaakte brandstof verbranden en zouden geavanceerde begeleidings- en navigatiesystemen hebben om tussen maanbases en hun doelruimtevaartuig te reizen.

Een tankstation in de ruimte

Als er voldoende brandstof wordt geproduceerd, en het shuttle-bezorgsysteem is getest en betrouwbaar, ons plan vraagt ​​om het bouwen van een tankstation in de ruimte. De shuttles zouden ijs rechtstreeks naar het in een baan om de aarde draaiende brandstofdepot brengen, waar het zou worden verwerkt tot brandstof en waar raketten op weg naar Mars of elders zouden kunnen aanmeren om bij te vullen.

The depot would have large solar arrays powering an electrolysis module for melting the ice and then turning the water into fuel, and large fuel tanks to store what's made. NASA is already working on most of the technology needed for a depot like this, including docking and fuel transfer. We anticipate a working depot could be ready in the early 2030s, just in time for the first human missions to Mars.

To be most useful and efficient, the depot should be located in a stable orbit relatively near both the Earth and the moon. The Earth-moon Lagrangian Point 1 (L1) is a point in space about 85 percent of the way from Earth to the moon, where the force of Earth's gravity would exactly equal the force of the moon's gravity pulling in the other direction. It's the perfect pit stop for a spacecraft on its way to Mars or the outer planets.

Leaving Earth

Our team also found a fuel-efficient way to get spacecraft from Earth orbit to the depot at L1, requiring even less launch fuel and freeing up more lift energy for cargo items. Eerst, the spacecraft would launch from Earth into Low Earth Orbit with an empty propellant tank.

Vervolgens, the spacecraft and its cargo could be towed from Low Earth Orbit to the depot at L1 using a solar electric propulsion tug, a spacecraft largely propelled by solar-powered electric thrusters.

This would let us triple the payload delivery to Mars. Momenteel, a human Mars mission is estimated to cost as much as US$100 billion, and will need hundreds of tons of cargo. Delivering more cargo from Earth to Mars with fewer rocket launches would save billions of dollars and years of time.

A base for space exploration

Building a gas station between Earth and the moon would also reduce costs for missions beyond Mars. NASA is looking for extraterrestrial life on the moons of Saturn and Jupiter. Future spacecraft could carry much more cargo if they could refuel in space – who knows what scientific discoveries sending large exploration vehicles to these moons could enable?

By helping us escape both Earth's gravity and dependence on its resources, a lunar gas station could be the first small step toward the giant leap into making humanity an interplanetary civilization.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.