La humanitat està preparada per construir una base lunar o per buscar la llum i l'espai

2024 Autora: Seth Attwood | [email protected]. Última modificació: 2023-12-16 16:00

A l'obelisc sobre la tomba del nostre gran compatriota K. E. Tsiolkovsky cita les paraules del seu llibre de text: "La humanitat no romandrà per sempre a la Terra, però, a la recerca de la llum i l'espai, al principi penetra tímidament més enllà de l'atmosfera i després conquereix tot l'espai solar".

Al llarg de la seva vida, Tsiolkovsky va somiar amb el futur còsmic de la humanitat i amb una mirada inquisitiva de científic va mirar els seus horitzons fantàstics. No estava sol. El començament del segle XX va ser per a molts el descobriment de l'Univers, encara que visible a través del prisma dels deliris científics d'aquella època i de la fantasia dels escriptors. L'italià Schiaparelli va obrir els "canals" a Mart i la humanitat es va convèncer que hi ha una civilització a Mart. Burroughs i A. Tolstoi van habitar aquest Mart imaginari amb habitants semblants a persones, i després d'ells centenars d'escriptors de ciència ficció van seguir el seu exemple.

Els terrícoles simplement estan acostumats a la idea que hi ha vida a Mart i que aquesta vida és intel·ligent. Per tant, la crida de Tsiolkovsky a volar a l'espai va ser atesa si no immediatament amb entusiasme, però, en tot cas, amb aprovació. Només han passat 50 anys des dels primers discursos de Tsiolkovsky, i al país al qual va dedicar i transmetre totes les seves obres, es va llançar el Primer Satèl·lit i el Primer Cosmonauta va volar a l'espai.

Sembla que tot anirà més enllà segons els plans del gran somiador. Les idees de Tsiolkovsky van resultar tan brillants que el més famós dels seus seguidors -Serguei Pavlovich Korolev- va construir tots els seus plans per al desenvolupament de la cosmonàutica perquè al segle XX un peu humà pogués trepitjar Mart. La vida ha fet les seves pròpies correccions. Ara no estem molt segurs que una expedició tripulada a Mart tingui lloc almenys fins a finals del segle XXI.

Probablement, això no és només una qüestió de dificultats tècniques i circumstàncies fatals. Qualsevol dificultat es pot superar amb la saviesa i la curiositat de la ment humana, si se li planteja una tasca digna. Però no hi ha aquesta tasca! Hi ha un desig heretat de volar a Mart, però no hi ha una comprensió clara: per què? Si mireu més a fons, aquesta és una pregunta que s'enfronta a tota la nostra astronàutica tripulada.

Tsiolkovsky va veure a l'espai espais oberts sense explotar per a la humanitat, que s'està tornant estret al seu planeta natal. Per descomptat, aquestes extensions s'han de dominar, però primer cal estudiar-ne a fons les propietats. Mig segle d'experiència en l'exploració espacial demostra que es poden explorar molt, moltíssim amb dispositius automàtics sense arriscar el valor més alt de l'univers: les vides humanes. Fa mig segle, aquesta idea encara era un tema de polèmica i discussió, però ara, quan el poder dels ordinadors i les capacitats dels robots s'acosten als límits humans, aquests dubtes ja no són un lloc. Durant els últims quaranta anys, els vehicles robòtics han explorat amb èxit la Lluna, Venus, Mart, Júpiter, Saturn, satèl·lits planetaris, asteroides i cometes, i els viatgers i pioners americans ja han arribat als límits del sistema solar. Encara que els plans de les agències espacials de vegades inclouen informes sobre la preparació de missions tripulades a l'espai profund, fins ara no s'hi ha expressat cap problema científic, per a la solució del qual és absolutament necessari el treball dels cosmonautes. Així, l'estudi del sistema solar es pot continuar automàticament durant molt de temps.

Tornem, al cap i a la fi, al problema de l'exploració espacial. Quan el nostre coneixement de les propietats dels espais còsmics ens permetrà començar a habitar-los i quan podrem respondre nosaltres mateixos la pregunta: per què?

Deixem de moment la qüestió del fet que a l'espai hi ha molta energia, que la humanitat necessita, i molts recursos minerals, que a l'espai, potser, s'obtindran més barats que a la Terra. Tots dos encara es troben al nostre planeta i no són el principal valor de l'espai. El més important a l'espai és el que ens costa molt oferir a la Terra: l'estabilitat de les condicions de vida i, en definitiva, l'estabilitat del desenvolupament de la civilització humana.

La vida a la Terra està constantment exposada als riscos de desastres naturals. Les sequeres, les inundacions, els huracans, els terratrèmols, els tsunamis i altres problemes no només causen danys directes a la nostra economia i al benestar de la població, sinó que requereixen energia i costos per recuperar el que es va perdre. A l'espai, esperem desfer-nos d'aquestes amenaces familiars. Si trobem aquestes altres terres on els desastres naturals ens deixen, aquesta serà la "terra promesa" que es convertirà en una nova llar digna per a la humanitat. La lògica del desenvolupament de la civilització terrenal porta inevitablement a la idea que en el futur, i potser no tan llunyà, una persona es veurà obligada a buscar fora del planeta Terra un hàbitat que pugui acollir la major part de la població i garantir la continuació del seu vida en condicions estables i còmodes.

Això és el que K. E. Tsiolkovsky, quan va dir que la humanitat no romandrà per sempre al bressol. El seu pensament inquisitiu ens va dibuixar imatges atractives de la vida als "assentaments eteris", és a dir, a les grans estacions espacials amb un clima artificial. Els primers passos en aquesta direcció ja s'han fet: a les estacions espacials habitades de manera permanent, hem après a mantenir unes condicions de vida gairebé familiars. És cert que la ingravidesa continua sent un factor desagradable en aquestes estacions espacials, una condició inusual i destructiva per als organismes terrestres.

Tsiolkovsky va endevinar que la ingravidesa podria ser indesitjable i va suggerir la creació de gravetat artificial en els assentaments eteris mitjançant la rotació axial de les estacions. En molts projectes de "ciutats espacials" aquesta idea es va reprendre. Si mireu les il·lustracions del tema dels assentaments espacials a Internet, veureu una varietat de tori i rodes de radis, vidriades per tots els costats com hivernacles terrestres.

Es pot entendre Tsiolkovsky, en el moment de la qual simplement es desconeixia la radiació còsmica, que va proposar crear hivernacles espacials oberts a la llum solar. A la Terra, estem protegits de la radiació pel poderós camp magnètic del nostre planeta natal i una atmosfera força densa. El camp magnètic és pràcticament impenetrable per a les partícules carregades expulsades pel sol: les llença lluny de la Terra, permetent que només una petita quantitat arribi a l'atmosfera prop dels pols magnètics i creï aurores de colors.

Les estacions espacials habitades actuals es troben en òrbites situades dins dels cinturons de radiació (de fet, trampes magnètiques), i això permet als astronautes romandre a l'estació durant anys sense rebre dosis perilloses de radiació.

Quan el camp magnètic terrestre ja no protegeix contra la radiació, la protecció contra la radiació hauria de ser molt més seriosa. El principal obstacle a la radiació és qualsevol substància en la qual s'absorbeix. Si suposem que l'absorció de radiació còsmica a l'atmosfera terrestre redueix el seu nivell a valors segurs, aleshores a l'espai obert cal tancar els locals habitats amb una capa de matèria de la mateixa massa, és a dir, cada centímetre quadrat de l'àrea. del local ha d'estar cobert amb un quilogram de matèria. Si prenem la densitat de la substància de cobertura igual a 2,5 g / cm3 (roques), el gruix geomètric de la protecció hauria de ser almenys de 4 metres. El vidre també és una substància de silicat, de manera que per protegir els hivernacles a l'espai exterior, necessiteu un vidre de 4 metres de gruix!

Malauradament, la radiació espacial no és l'únic motiu per abandonar projectes temptadors. A l'interior, caldrà crear una atmosfera artificial amb la densitat de l'aire habitual, és a dir, amb una pressió d'1 kg/cm2. Quan els espais són petits, la resistència estructural de la nau espacial pot suportar aquesta pressió. Però els grans assentaments amb un diàmetre de desenes de metres de locals habitats, capaços de suportar aquesta pressió, seran tècnicament difícils, si no impossibles, de construir. La creació de gravetat artificial per rotació també augmentarà significativament la càrrega a l'estructura de l'estació.

A més, el moviment de qualsevol cos dins del "donut" giratori anirà acompanyat de l'acció de la força de Coriolis, creant grans molèsties (recordeu les sensacions infantils al carrusel del pati)! I, finalment, les habitacions grans seran molt vulnerables als cops de meteorits: n'hi ha prou amb trencar un got en un gran hivernacle perquè tot l'aire s'escapi d'ell, i els organismes que hi ha en moririen.

En una paraula, els "assentaments eteris", després d'un examen atent, resulten ser somnis impossibles.

Potser no va ser en va que les esperances de la humanitat es van associar amb Mart? És un planeta bastant gran amb una gravetat força adequada, Mart té una atmosfera i fins i tot canvis estacionals en el temps. Ai! Això és només una semblança exterior. La temperatura mitjana a la superfície de Mart es manté a -50 ° C, a l'hivern hi fa tant fred que fins i tot el diòxid de carboni es congela, i a l'estiu no hi ha prou calor per fondre el gel d'aigua.

La densitat de l'atmosfera marciana és la mateixa que la de la terra a una altitud de 30 km, on fins i tot els avions no poden volar. És clar, per descomptat, que Mart no està de cap manera protegit de la radiació còsmica. Per acabar-ho, Mart té sòls molt febles: o bé és sorra, que fins i tot els vents d'aire marcià prim fan bufar en grans tempestes, o la mateixa sorra que està congelada amb gel en una roca d'aspecte sòlid. Només en aquesta roca no es pot construir res, i els locals subterranis no seran una sortida sense el seu enfortiment fiable. Si els locals són càlids (i la gent no viurà en palaus de gel!), el permafrost es fon i els túnels s'ensorraran.

Molts "projectes" de l'edifici marcià preveuen la col·locació de mòduls residencials ja fets a la superfície de Mart. Són idees molt ingènues. Per protegir-se de la radiació còsmica, cada habitació ha d'estar coberta amb una capa de sostres protectors de quatre metres. En poques paraules, cobreix tots els edificis amb una gruixuda capa de sòl marcià i llavors serà possible viure-hi. Però per a què val la pena viure Mart? Després de tot, Mart no té l'estabilitat de les condicions desitjada, que ja ens falta a la Terra!

Mart encara preocupa a la gent, encara que ningú espera trobar-hi la bella Aelith, o almenys altres homes. A Mart, estem buscant principalment rastres de vida extraterrestre per entendre com i de quines formes sorgeix la vida a l'Univers. Però aquesta és una tasca exploratòria, i per a la seva solució no és gens necessari viure a Mart. I per a la construcció d'assentaments espacials, Mart no és gens un lloc adequat.

Potser hauríeu de parar atenció als nombrosos asteroides? Pel que sembla, les condicions per a ells són molt estables. Després del gran bombardeig de meteorits, que fa tres mil milions i mig d'anys, va convertir les superfícies dels asteroides en camps de cràters grans i petits per impactes de meteorits, amb els asteroides no els ha passat res. A les entranyes dels asteroides es poden construir túnels habitables i cada asteroide es pot convertir en una ciutat espacial. No hi ha molts asteroides prou grans per a això al nostre sistema solar: uns mil. Per tant, no solucionaran el problema de crear grans àrees habitables fora de la Terra. A més, tots tindran un dolorós inconvenient: en els asteroides, la gravetat és molt baixa. Per descomptat, els asteroides es convertiran en fonts de matèries primeres minerals per a la humanitat, però són completament inadequats per a la construcció d'habitatges complets.

Aleshores, és realment l'espai infinit per a la gent el mateix que l'oceà sense fi sense un tros de terra? Tots els nostres somnis de les meravelles de l'espai són només dolços somnis?

Però no, hi ha un lloc a l'espai on els contes de fades es poden fer realitat i, es podria dir, és completament al barri. Aquesta és la Lluna.

De tots els cossos del sistema solar, la lluna té el major nombre de mèrits des del punt de vista de la humanitat que busca estabilitat a l'espai. La lluna és prou gran com per tenir una gravetat notable a la seva superfície. Les principals roques de la Lluna són basalts sòlids, que s'estenen centenars de quilòmetres per sota de la superfície. La Lluna no té vulcanisme, terratrèmols i inestabilitats climàtiques, ja que la Lluna no té mantell fos a les profunditats, ni aire ni oceans d'aigua. La lluna és el cos espacial més proper a la Terra, cosa que facilita que les colònies de la Lluna proporcionin assistència d'emergència i redueixin els costos de transport. La lluna sempre està girada cap a la Terra per un costat, i aquesta circumstància pot ser molt útil de moltes maneres.

Per tant, el primer avantatge de la Lluna és la seva estabilitat. Se sap que en una superfície il·luminada pel sol, la temperatura puja a + 120 ° C, i a la nit baixa a -160 ° C, però al mateix temps, ja a una profunditat de 2 metres, les caigudes de temperatura es fan invisibles.. A les entranyes de la lluna, la temperatura és molt estable. Com que els basalts tenen una conductivitat tèrmica baixa (a la Terra, la llana de basalt s'utilitza com a aïllament tèrmic molt eficaç), qualsevol temperatura còmoda es pot mantenir a les habitacions subterrànies. El basalt és un material estanc al gas, i dins de les estructures de basalt, podeu crear una atmosfera artificial de qualsevol composició i mantenir-la sense gaire esforç.

El basalt és una roca molt dura. A la Terra hi ha roques basàltiques de 2 quilòmetres d'alçada, i a la Lluna, on la força de gravetat és 6 vegades menor que a la Terra, les parets de basalt suportarien el seu pes fins i tot a una alçada de 12 quilòmetres! En conseqüència, és possible construir sales amb una alçada de sostre de centenars de metres a les profunditats de basalt, sense utilitzar elements de fixació addicionals. Per tant, a les profunditats lunars, podeu construir milers de pisos d'edificis amb diversos propòsits, sense utilitzar cap altre material, excepte el basalt lunar. Si recordem que la superfície lunar és només 13,5 vegades menor que la superfície de la Terra, és fàcil calcular que l'àrea de les estructures subterrànies a la Lluna pot ser desenes de vegades més gran que tot el territori ocupat per tota la vida. Es forma al nostre planeta natal des de les profunditats dels oceans fins als cims de les muntanyes. I totes aquestes premisses no es veuran amenaçades per cap desastre natural durant milers de milions d'anys! Prometent!

Cal, evidentment, pensar immediatament: què fer amb la terra extreta dels túnels? Creixeu munts de residus d'uns quilòmetres d'alçada a la superfície de la Lluna?

Resulta que aquí es pot proposar una solució interessant. La lluna no té atmosfera, i el dia lunar dura mig mes, de manera que un sol calent brilla contínuament a qualsevol part de la lluna durant dues setmanes. Si enfoqueu els seus raigs amb un gran mirall còncau, la temperatura al punt de llum resultant serà gairebé la mateixa que a la superfície del Sol, gairebé 5000 graus. A aquesta temperatura, gairebé tots els materials coneguts es fonen, inclosos els basalts (es fonen a 1100 ° C). Si s'aboquen lentament encenalls de basalt en aquest punt calent, es fon i a partir d'ell és possible fusionar capa per capa de parets, escales i sòls. Podeu crear un robot de construcció que ho faci segons el programa que s'hi estableix sense cap participació humana. Si aquest robot és llançat a la Lluna avui, el dia que hi arribi l'expedició tripulada, els cosmonautes tindran, si no palaus, almenys un habitatge còmode i laboratoris esperant-los.

La mera construcció d'espai a la Lluna no hauria de ser un fi en si mateix. Aquests locals seran necessaris perquè la gent visqui en condicions confortables, per a la col·locació d'empreses agrícoles i industrials, per a la creació d'espais d'esbarjo, carreteres, escoles i museus. Només primer cal obtenir totes les garanties que les persones i altres organismes vius que han migrat a la Lluna no començaran a degradar-se a causa de condicions poc familiars. En primer lloc, cal investigar com afectarà l'exposició a llarg termini a una gravetat reduïda als organismes de diversa naturalesa terrestre. Aquests estudis seran a gran escala; és poc probable que els experiments en provetes puguin garantir l'estabilitat biològica dels organismes durant moltes generacions. Cal construir grans hivernacles i aviaris, i fer-hi observacions i experiments. Cap robot pot fer front a això: només els mateixos científics investigadors podran notar i analitzar els canvis hereditaris en els teixits vius i els organismes vius.

Preparar-se per a la creació de colònies autosuficients a la Lluna és la tasca objectiu que hauria de convertir-se en un far per al moviment de la humanitat cap a la carretera del seu desenvolupament sostenible.

Avui dia, gran part de la construcció tècnica d'assentaments habitats a l'espai no té una comprensió clara. El subministrament d'energia en condicions d'espai pot ser proporcionat simplement per estacions solars. Un quilòmetre quadrat de plaques solars, fins i tot amb una eficiència de només el 10%, proporcionarà una potència de 150 MW, encara que només durant un dia lunar, és a dir, la generació mitjana d'energia serà la meitat. Sembla que és una mica. Tanmateix, segons les previsions per al consum mundial d'electricitat el 2020 (3,5 TW) i la població mundial (7.000 milions de persones), el terrícola mitjà obté 0,5 quilowatts d'energia elèctrica. Si procedim del subministrament d'energia diari mitjà habitual per a un habitant de la ciutat, per exemple, 1,5 kW per persona, llavors una planta d'energia solar a la Lluna serà capaç de satisfer les necessitats de 50 mil persones, prou per a una petita colònia lunar.

A la Terra, fem servir una part important de la nostra electricitat per il·luminació. A la Lluna, molts esquemes tradicionals es canviaran radicalment, en particular els esquemes d'il·luminació. Les habitacions subterrànies de la lluna haurien d'estar ben il·luminades, especialment l'hivernacle. No té sentit produir electricitat a la superfície lunar, transferir-la a edificis subterranis i després tornar a convertir l'electricitat en llum. És molt més eficient instal·lar concentradors de llum solar a la superfície de la Lluna i il·luminar-hi cables de fibra òptica. El nivell de la tecnologia actual per a la fabricació de guies de llum permet transmetre la llum gairebé sense pèrdua al llarg de milers de quilòmetres, de manera que no hauria de ser difícil transmetre la llum des de les regions il·luminades de la lluna a través d'un sistema de guies de llum a qualsevol habitació subterrània., commutant concentradors i guies de llum seguint el moviment del sol pel cel lunar.

En les primeres etapes de la construcció d'una colònia lunar, la Terra pot ser donant dels recursos necessaris per a l'ordenació dels assentaments. Però molts recursos a l'espai seran més fàcils d'extreure que de lliurar de la Terra. Els basalts lunars estan formats a la meitat per òxids metàl·lics -ferro, titani, magnesi, alumini, etc. En el procés d'extracció de metalls dels basalts extrets a les mines i ànses, s'obtindrà oxigen per a diverses necessitats i silici per a guies de llum. A l'espai exterior, és possible interceptar cometes que contenen fins a un 80% de gel d'aigua, i assegurar el subministrament d'aigua als assentaments d'aquestes fonts abundants (anualment, fins a 40.000 mini-cometes d'entre 3 i 30 metres passen volant per sobre la Terra no més d'1,5 milions de km d'ella).

Estem segurs que durant les properes tres o cinc dècades, la investigació sobre la creació d'assentaments a la Lluna dominarà els desenvolupaments prometedors de la humanitat. Si queda clar que es poden crear condicions còmodes per a la vida humana a la Lluna, aleshores la colonització de la Lluna durant diversos segles serà el camí de la civilització terrestre per garantir el seu desenvolupament sostenible. En qualsevol cas, no hi ha altres cossos més adequats per a això al sistema solar.

Potser res d'això passarà per una raó completament diferent. L'exploració espacial no és només explorar-la. L'exploració espacial requereix la creació de rutes de transport eficients entre la Terra i la Lluna. Si aquesta carretera no apareix, l'astronàutica no tindrà futur i la humanitat estarà condemnada a romandre dins dels límits del seu planeta natal. La tecnologia de coets, que permet llançar equips científics a l'espai, és una tecnologia cara, i cada llançament de coets també suposa una càrrega enorme per a l'ecologia del nostre planeta. Necessitarem una tecnologia barata i segura per llançar una càrrega útil a l'espai.

En aquest sentit, la Lluna ens té un interès excepcional. Com que sempre està mirant a la Terra amb un costat, des del centre de l'hemisferi mirant cap a la Terra, podeu estirar un cable d'ascensor espacial fins al nostre planeta. No us deixeu intimidar per la seva longitud: 360 mil quilòmetres. Amb un gruix de cable que pot suportar una cabina de 5 tones, el seu pes total serà d'unes mil tones; tot s'adaptarà a diversos camions volquets de mineria BelAZ.

El material per al cable de la força requerida ja s'ha inventat: es tracta de nanotubs de carboni. Només heu d'aprendre a fer-lo sense defectes en tota la longitud de la fibra. Per descomptat, l'ascensor espacial s'ha de moure molt més ràpid que els seus homòlegs terrestres, i fins i tot molt més ràpid que els trens i avions d'alta velocitat. Per fer-ho, el cable de l'ascensor lunar s'ha de cobrir amb una capa de superconductor i, a continuació, el cotxe de l'ascensor es pot moure sense tocar el cable. Aleshores res impedirà que la cabina es mogui a qualsevol velocitat. Serà possible accelerar la cabina a la meitat del recorregut i frenar-la a la meitat. Si al mateix temps s'utilitza l'acceleració "1 g", que és habitual a la Terra, tot el viatge de la Terra a la Lluna trigarà només 3,5 hores i la cabina podrà fer tres vols al dia.. Els físics teòrics argumenten que la superconductivitat a temperatura ambient no està prohibida per les lleis de la natura, i molts instituts i laboratoris d'arreu del món estan treballant en la seva creació. Potser semblam optimistes per a algú, però al nostre parer, l'ascensor lunar pot esdevenir una realitat d'aquí a mig segle.

Hem considerat aquí només algunes vessants de l'enorme problema de la colonització espacial. Una anàlisi de la situació del sistema solar mostra que només la lluna pot esdevenir l'únic objecte acceptable de colonització en els segles vinents.

Tot i que la Lluna està més a prop de la Terra que qualsevol altre cos a l'espai, és imprescindible disposar dels mitjans per arribar-hi per colonitzar-la. Si no hi són, aleshores la Lluna romandrà tan inabastable com la gran terra per a Robinson, atrapada en una petita illa. Si la humanitat tingués a la seva disposició molt de temps i recursos suficients, no hi ha dubte que superaria qualsevol dificultat. Però hi ha senyals alarmants d'un desenvolupament diferent dels esdeveniments.

Els canvis climàtics a gran escala, davant els nostres ulls, estan canviant les condicions de vida de les persones a tot el planeta, poden obligar-nos en un futur molt proper a dirigir totes les nostres forces i recursos cap a la supervivència elemental en noves condicions. Si el nivell dels oceans del món augmenta, caldrà fer front a la transferència de ciutats i terres agrícoles a no urbanitzades i no aptes per a l'agricultura. Si els canvis climàtics condueixen a un refredament global, caldrà resoldre no només el problema de la calefacció de l'habitatge, sinó també la congelació de camps i pastures. Tots aquests problemes poden treure totes les forces de la humanitat i, aleshores, poden simplement no ser suficients per a l'exploració espacial. I la humanitat romandrà al seu planeta d'origen com si sola, però l'única illa habitada del vast oceà de l'espai.