Mänskligheten är redo att bygga en månbas eller i jakten på ljus och rymd

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

På obelisken över vår store landsman K. E.s grav. Tsiolkovskij citerar sina ord i läroboken: "Mänskligheten kommer inte att förbli för evigt på jorden, men i jakten på ljus och rymd tränger den först blygt igenom atmosfären och erövrar sedan hela solrymden."

Under hela sitt liv drömde Tsiolkovsky om mänsklighetens kosmiska framtid och med en nyfiken blick av en vetenskapsman kikade in i dess fantastiska horisonter. Han var inte ensam. Början av 1900-talet var för många upptäckten av universum, om än synligt genom dåtidens vetenskapliga vanföreställningar och författares fantasi. Italienaren Schiaparelli öppnade "kanalerna" på Mars - och mänskligheten blev övertygad om att det finns en civilisation på Mars. Burroughs och A. Tolstoy bebodde denna imaginära Mars med folkliknande invånare, och efter dem följde hundratals science fiction-författare deras exempel.

Jordbor är helt enkelt vana vid tanken att det finns liv på Mars, och att detta liv är intelligent. Därför möttes Tsiolkovskys uppmaning att flyga ut i rymden om inte omedelbart med entusiasm, men i alla fall med godkännande. Bara 50 år har gått sedan Tsiolkovskys första tal, och i landet som han tillägnade och sände alla sina verk till, lanserades den första satelliten och den första kosmonauten flög ut i rymden.

Det verkar som att allt kommer att gå längre enligt den store drömmarens planer. Tsiolkovskys idéer visade sig vara så ljusa att den mest kända av hans anhängare - Sergei Pavlovich Korolev - byggde upp alla sina planer för utvecklingen av kosmonautiken så att en mänsklig fot på 1900-talet skulle sätta sin fot på Mars. Livet har gjort sina egna korrigeringar. Nu är vi inte särskilt säkra på att en bemannad expedition till Mars kommer att äga rum åtminstone förrän i slutet av 2000-talet.

Förmodligen handlar det inte bara om tekniska svårigheter och ödesdigra omständigheter. Alla svårigheter kan övervinnas med det mänskliga sinnets visdom och nyfikenhet, om en värdig uppgift ställs inför det. Men det finns ingen sådan uppgift! Det finns en ärvd önskan att flyga till Mars, men det finns ingen klar förståelse - varför? Om du tittar djupare är detta en fråga som all vår bemannade astronautik står inför.

Tsiolkovsky såg i rymden outnyttjade öppna ytor för mänskligheten, som håller på att bli trånga på deras hemplanet. Dessa vidder måste naturligtvis bemästras, men först måste du djupt studera deras egenskaper. Ett halvt sekels erfarenhet av rymdutforskning visar att väldigt, väldigt mycket kan utforskas av automatiska enheter utan att riskera universums högsta värde – människoliv. För ett halvt sekel sedan var denna idé fortfarande ett ämne för kontroverser och diskussioner, men nu, när datorernas kraft och robotarnas kapacitet närmar sig mänskliga gränser, är dessa tvivel inte längre en plats. Under de senaste fyrtio åren har robotfordon framgångsrikt utforskat Månen, Venus, Mars, Jupiter, Saturnus, planetariska satelliter, asteroider och kometer, och de amerikanska Voyagers och Pioneers har redan nått solsystemets gränser. Även om rymdorganisationernas planer ibland innehåller rapporter om förberedelser av bemannade uppdrag i rymden, har hittills inte ett enda vetenskapligt problem uttryckts i dem, för vars lösning kosmonauternas arbete är absolut nödvändigt. Så studiet av solsystemet kan fortsätta automatiskt under lång tid.

Låt oss trots allt komma tillbaka till problemet med rymdutforskning. När kommer vår kunskap om egenskaperna hos kosmiska utrymmen att tillåta oss att börja bebo dem, och när kommer vi att kunna svara på frågan själva – varför?

Låt oss för tillfället lämna frågan om det faktum att det finns mycket energi i rymden, som mänskligheten behöver, och en massa mineralresurser, som i rymden kanske kommer att erhållas billigare än på jorden. Båda finns fortfarande på vår planet, och de är inte rymdens huvudvärde. Det viktigaste i rymden är vad det är extremt svårt för oss att tillhandahålla på jorden - stabiliteten i levnadsförhållandena, och i slutändan stabiliteten i utvecklingen av den mänskliga civilisationen.

Livet på jorden är ständigt utsatt för riskerna för naturkatastrofer. Torka, översvämningar, orkaner, jordbävningar, tsunamier och andra problem orsakar inte bara direkta skador på vår ekonomi och befolkningens välmående, utan kräver energi och kostnader för att återställa det förlorade. I rymden hoppas vi bli av med dessa välbekanta hot. Om vi hittar sådana andra länder där naturkatastrofer lämnar oss, då kommer detta att vara det "förlovade landet" som kommer att bli ett värdigt nytt hem för mänskligheten. Logiken i utvecklingen av den jordiska civilisationen leder oundvikligen till tanken att en person i framtiden, och kanske inte så avlägsen, kommer att tvingas leta utanför planeten jorden efter en livsmiljö som skulle kunna hysa större delen av befolkningen och säkerställa fortsättningen av hans livet under stabila och bekväma förhållanden.

Detta är vad K. E. Tsiolkovsky, när han sa att mänskligheten inte kommer att förbli för evigt i vaggan. Hans nyfikna tanke gav oss attraktiva bilder av livet i "eteriska bosättningar", det vill säga i stora rymdstationer med ett artificiellt klimat. De första stegen i denna riktning har redan tagits: på permanent bebodda rymdstationer har vi lärt oss att upprätthålla nästan välbekanta levnadsförhållanden. Det är sant att viktlöshet förblir en obehaglig faktor i dessa rymdstationer, ett ovanligt och destruktivt tillstånd för marklevande organismer.

Tsiolkovsky gissade att viktlöshet kunde vara oönskad och föreslog att man skulle skapa artificiell gravitation i eteriska bosättningar genom axiell rotation av stationerna. I många projekt av "rymdstäder" togs denna idé upp. Om du tittar på illustrationerna för temat rymdbosättningar på Internet, kommer du att se en mängd olika tori- och ekerhjul, glaserade på alla sidor som jordiska växthus.

Man kan förstå Tsiolkovsky, vid den tidpunkt då kosmisk strålning helt enkelt var okänd, som föreslog att skapa rymdväxthus öppna för solljus. På jorden är vi skyddade från strålning av det kraftfulla magnetfältet på vår hemplanet och en ganska tät atmosfär. Magnetfältet är praktiskt taget ogenomträngligt för laddade partiklar som skjuts ut av solen - det kastar dem bort från jorden, vilket tillåter endast en liten mängd att nå atmosfären nära de magnetiska polerna och skapa färgglada norrsken.

Dagens bebodda rymdstationer är placerade i omloppsbanor som ligger inuti strålningsbälten (i själva verket magnetfällor), och detta gör att astronauter kan stanna på stationen i flera år utan att få farliga doser av strålning.

Där jordens magnetfält inte längre skyddar mot strålning borde strålskyddet vara mycket allvarligare. Det främsta hindret för strålning är vilket ämne som helst i vilket det absorberas. Om vi antar att absorptionen av kosmisk strålning i jordens atmosfär minskar dess nivå till säkra värden, är det i öppet utrymme nödvändigt att omsluta bebodda lokaler med ett lager av materia av samma massa, det vill säga varje kvadratcentimeter av området av lokalerna bör täckas med ett kilo materia. Om vi tar densiteten av det täckande ämnet lika med 2,5 g / cm3 (stenar), bör den geometriska tjockleken på skyddet vara minst 4 meter. Glas är också ett silikatämne, så för att skydda växthus i yttre rymden behöver du 4 meter tjockt glas!

Tyvärr är rymdstrålning inte den enda anledningen till att överge frestande projekt. Inomhus kommer det att vara nödvändigt att skapa en konstgjord atmosfär med den vanliga luftdensiteten, det vill säga med ett tryck på 1 kg / cm2. När utrymmena är små kan rymdfarkostens strukturella styrka motstå detta tryck. Men enorma bosättningar med en diameter på tiotals meter bebodda lokaler, som kan motstå ett sådant tryck, kommer att vara tekniskt svåra, för att inte säga omöjliga, att bygga. Skapandet av artificiell gravitation genom rotation kommer också att avsevärt öka belastningen på stationsstrukturen.

Dessutom kommer rörelsen av vilken kropp som helst inuti den roterande "munken" att åtföljas av Coriolis-kraftens verkan, vilket skapar stora besvär (kom ihåg barndomssensationerna på gårdskarusellen)! Och slutligen kommer stora rum att vara mycket sårbara för meteoritnedslag: det räcker att krossa ett glas i ett stort växthus för att all luft ska kunna fly från det, och organismerna i det skulle dö.

Med ett ord, "eteriska bosättningar", vid noggrann granskning, visar sig vara omöjliga drömmar.

Kanske var det inte förgäves som mänsklighetens förhoppningar förknippades med Mars? Det är en ganska stor planet med ganska passande gravitation, Mars har en atmosfär, och även säsongsmässiga förändringar i vädret. Ack! Detta är bara en yttre likhet. Medeltemperaturen på Mars yta hålls vid -50 ° C, på vintern är det så kallt där att till och med koldioxid fryser, och på sommaren finns det inte tillräckligt med värme för att smälta vattenis.

Marsatmosfärens täthet är densamma som jordens på en höjd av 30 km, där inte ens flygplan kan flyga. Det är naturligtvis klart att Mars inte på något sätt är skyddad från kosmisk strålning. Till råga på det har Mars mycket svaga jordar: det är antingen sand, som till och med vindar av tunn Marsluft blåser upp i omfattande stormar, eller samma sand som är frusen med is till en fast sten. Endast på en sådan sten kan ingenting byggas, och underjordiska lokaler kommer inte att vara en utgång utan deras tillförlitliga förstärkning. Om lokalerna är varma (och folk inte kommer att bo i ispalats!), kommer permafrosten att smälta och tunnlarna kommer att kollapsa.

Många "projekt" av Mars-byggnaden förutser placeringen av färdiga bostadsmoduler på Mars yta. Det är väldigt naiva idéer. För att skydda mot kosmisk strålning måste varje rum täckas med ett fyra meter långt lager av skyddande tak. Enkelt uttryckt, täck alla byggnader med ett tjockt lager Marsjord, och sedan kommer det att vara möjligt att bo i dem. Men vad är Mars värt att leva för? Mars har trots allt inte den önskade stabiliteten i förhållandena, som vi redan saknar på jorden!

Mars oroar fortfarande människor, även om ingen hoppas hitta vackra Aelith på den, eller åtminstone medmänniskor. På Mars letar vi i första hand efter spår av utomjordiskt liv för att förstå hur och i vilka former liv uppstår i universum. Men det här är en utforskande uppgift, och för dess lösning är det inte alls nödvändigt att leva på Mars. Och för byggandet av rymdbosättningar är Mars inte alls en lämplig plats.

Kanske borde du vara uppmärksam på de många asteroiderna? Förutsättningarna för dem är tydligen mycket stabila. Efter det stora meteoritbombardementet, som för tre och en halv miljard år sedan, förvandlade asteroidernas ytor till fält av stora och små kratrar från meteoritnedslag, har ingenting hänt med asteroider. I asteroidernas tarmar kan beboeliga tunnlar byggas och varje asteroid kan förvandlas till en rymdstad. Det finns inte många asteroider som är tillräckligt stora för detta i vårt solsystem – ungefär tusen. Så de kommer inte att lösa problemet med att skapa stora beboeliga områden utanför jorden. Dessutom kommer alla att ha en smärtsam nackdel: i asteroider är gravitationen mycket låg. Naturligtvis kommer asteroider att bli källor till mineralråvaror för mänskligheten, men de är helt olämpliga för att bygga fullfjädrade bostäder.

Så, är det verkligen det oändliga utrymmet för människor detsamma som det oändliga havet utan en bit land? Är alla våra drömmar om rymdens underverk bara söta drömmar?

Men nej, det finns en plats i rymden där sagor kan förverkligas, och, kan man säga, det är helt i grannskapet. Det här är månen.

Av alla kroppar i solsystemet har månen det största antalet förtjänster ur mänsklighetens synvinkel som söker stabilitet i rymden. Månen är tillräckligt stor för att ha märkbar gravitation på sin yta. Månens huvudsakliga stenar är solida basalter som sträcker sig hundratals kilometer under ytan. Månen har ingen vulkanism, jordbävningar och klimatinstabilitet, eftersom månen inte har någon smält mantel i djupet, inga luft- eller vattenhav. Månen är den närmaste rymdkroppen till jorden, vilket gör det lättare för kolonier på månen att ge nödhjälp och minska transportkostnaderna. Månen är alltid vänd mot jorden på ena sidan, och denna omständighet kan vara mycket användbar på många sätt.

Så den första fördelen med månen är dess stabilitet. Det är känt att temperaturen på en yta som är upplyst av solen stiger till + 120 ° C, och på natten sjunker den till -160 ° C, men samtidigt, redan på ett djup av 2 meter, blir temperaturfall osynliga. I månens inälvor är temperaturen mycket stabil. Eftersom basalter har låg värmeledningsförmåga (på jorden används basaltull som en mycket effektiv värmeisolering), kan vilken behaglig temperatur som helst upprätthållas i underjordiska rum. Basalt är ett gastätt material, och inuti basaltstrukturer kan du skapa en konstgjord atmosfär av vilken komposition som helst och underhålla den utan större ansträngning.

Basalt är en mycket hård sten. På jorden finns basaltstenar 2 kilometer höga, och på månen, där tyngdkraften är 6 gånger mindre än på jorden, skulle basaltväggar bära upp sin vikt även på en höjd av 12 kilometer! Följaktligen är det möjligt att bygga hallar med en takhöjd på hundratals meter i basaltdjupet, utan att använda ytterligare fästelement. Därför, i månens djup, kan du bygga tusentals våningar av byggnader för olika ändamål, utan att använda några andra material, förutom månbasalten själv. Om vi minns att månens yta bara är 13,5 gånger mindre än jordens yta, så är det lätt att beräkna att arean av underjordiska strukturer på månen kan vara tiotals gånger större än hela territoriet som ockuperas av allt liv bildas på vår hemplanet från havens djup till bergens toppar. ! Och alla dessa lokaler kommer inte att hotas av några naturkatastrofer på miljarder år! Lovande!

Det är naturligtvis nödvändigt att omedelbart tänka: vad ska man göra med jorden som utvinns från tunnlarna? Odla kilometerhöga avfallshögar på månens yta?

Det visar sig att en intressant lösning kan föreslås här. Månen har ingen atmosfär, och måndagen varar i en halv månad, så en varm sol skiner kontinuerligt var som helst på månen i två veckor. Om du fokuserar dess strålar med en stor konkav spegel, kommer temperaturen i den resulterande ljusfläcken att vara nästan densamma som på solens yta - nästan 5000 grader. Vid denna temperatur smälter nästan alla kända material, inklusive basalter (de smälter vid 1100 ° C). Om basaltflis långsamt hälls i denna heta plats, kommer den att smälta, och från den är det möjligt att smälta lager för lager av väggar, trappor och golv. Du kan skapa en konstruktionsrobot som kommer att göra detta enligt programmet som anges i den utan mänskligt deltagande. Om en sådan robot skjuts upp till månen i dag, kommer kosmonauterna att ha, om inte palats, den dag då den bemannade expeditionen anländer till den, åtminstone bekväma bostäder och laboratorier som väntar på dem.

Att bara bygga utrymme på månen borde inte vara ett självändamål. Dessa lokaler kommer att behövas för att människor ska kunna leva under bekväma förhållanden, för placering av jordbruks- och industriföretag, för att skapa rekreationsområden, motorvägar, skolor och museer. Bara först behöver du få alla garantier för att människor och andra levande organismer som har migrerat till månen inte kommer att börja försämras på grund av inte helt bekanta förhållanden. Först och främst är det nödvändigt att undersöka hur långvarig exponering för minskad svårighetsgrad kommer att påverka organismer av olika terrestrisk natur. Dessa studier kommer att vara storskaliga; det är osannolikt att experiment i provrör kommer att kunna garantera organismers biologiska stabilitet under många generationer. Det är nödvändigt att bygga stora växthus och voljärer och att utföra observationer och experiment i dem. Inga robotar klarar av detta - bara forskarna själva kommer att kunna upptäcka och analysera ärftliga förändringar i levande vävnader och levande organismer.

Att förbereda för skapandet av fullfjädrade självförsörjande kolonier på månen är måluppgiften som borde bli en ledstjärna för mänsklighetens rörelse mot motorvägen för dess hållbara utveckling.

Idag har mycket i den tekniska konstruktionen av bebodda bosättningar i rymden inte en klar förståelse. Strömförsörjning under rymdförhållanden kan helt enkelt tillhandahållas av solcellsstationer. En kvadratkilometer solpaneler, även med en verkningsgrad på endast 10 %, kommer att ge en effekt på 150 MW, men bara under en måndag, det vill säga den genomsnittliga energiproduktionen kommer att vara hälften så mycket. Det verkar som att det är lite. Enligt prognoser för 2020 års elförbrukning i världen (3,5 TW) och världens befolkning (7 miljarder människor) får den genomsnittliga jordbon 0,5 kilowatt elkraft. Om vi utgår från den vanliga genomsnittliga dagliga energiförsörjningen för en stadsbor, säg 1,5 kW per person, kommer ett sådant solkraftverk på månen att kunna tillfredsställa behoven hos 50 tusen människor - tillräckligt för en liten månkoloni.

På jorden använder vi en betydande del av vår elektricitet för belysning. På månen kommer många traditionella scheman att förändras radikalt, särskilt belysningsscheman. Underjordiska rum på månen bör vara väl upplysta, särskilt växthuset. Det är ingen idé att producera elektricitet på månens yta, överföra den till underjordiska byggnader och sedan omvandla elektricitet till ljus igen. Det är mycket mer effektivt att installera koncentratorer av solljus på Månens yta och belysa fiberoptiska kablar från dem. Nivån på dagens teknik för tillverkning av ljusledare gör att du kan överföra ljus nästan utan förlust över tusentals kilometer, så det borde inte vara svårt att överföra ljus från månens upplysta regioner genom ett system av ljusledare till vilket underjordiskt rum som helst., byte av koncentratorer och ljusguider som följer solens rörelse över månhimlen.

I de första stadierna av byggandet av en månkoloni kan jorden vara en givare av de resurser som är nödvändiga för arrangemanget av bosättningar. Men många resurser i rymden kommer att vara lättare att utvinna än att leverera från jorden. Månbasalter är till hälften sammansatta av metalloxider - järn, titan, magnesium, aluminium, etc. I processen att utvinna metaller från basalter som bryts i gruvor och aditer kommer syre att erhållas för olika behov och kisel för ljusledare. I yttre rymden är det möjligt att fånga upp kometer som innehåller upp till 80 % vattenis och att säkerställa tillförsel av vatten till bosättningar från dessa rikliga källor (årligen flyger upp till 40 000 minikometer från 3 till 30 meter förbi Jorden inte längre än 1,5 miljoner km från den).

Vi är övertygade om att forskning om skapandet av bosättningar på månen under de kommande tre till fem decennierna kommer att dominera mänsklighetens lovande utveckling. Om det blir klart att bekväma förhållanden för mänskligt liv kan skapas på månen, kommer koloniseringen av månen i flera århundraden att vara vägen för den jordiska civilisationen för att säkerställa dess hållbara utveckling. Det finns i alla fall inga andra kroppar som är mer lämpade för detta i solsystemet.

Kanske kommer inget av detta att hända av en helt annan anledning. Utforskning av rymden handlar inte bara om att utforska det. Utforskning av rymden kräver skapandet av effektiva transportvägar mellan jorden och månen. Om en sådan motorväg inte dyker upp, kommer astronautiken inte att ha någon framtid, och mänskligheten kommer att vara dömd att stanna inom gränserna för sin inhemska planet. Raketteknik, som gör att vetenskaplig utrustning kan skjutas upp i rymden, är en dyr teknik, och varje raketuppskjutning är också en enorm belastning på vår planets ekologi. Vi kommer att behöva en billig och säker teknik för att skjuta upp en nyttolast i rymden.

I denna mening är månen av exceptionellt intresse för oss. Eftersom den alltid är vänd mot jorden med en sida, från mitten av halvklotet vänd mot jorden, kan du sträcka en rymdhisskabel till vår planet. Låt dig inte skrämmas av dess längd - 360 tusen kilometer. Med en kabeltjocklek som tål en 5-tons hytt kommer dess totala vikt att vara cirka tusen ton - allt kommer att passa i flera BelAZ gruvdumprar.

Materialet för kabeln med den erforderliga styrkan har redan uppfunnits - dessa är kolnanorör. Du behöver bara lära dig hur du gör den defektfri längs hela fiberns längd. Naturligtvis måste rymdhissen röra sig mycket snabbare än sina jordiska motsvarigheter, och till och med mycket snabbare än höghastighetståg och flygplan. För att göra detta måste månhisskabeln täckas med ett lager supraledare, och sedan kan hisskorgen röra sig längs den utan att röra själva kabeln. Då kommer ingenting att hindra kabinen från att röra sig i vilken hastighet som helst. Det kommer att vara möjligt att accelerera hytten halvvägs och bromsa den halvvägs. Om samtidigt accelerationen "1 g", som är vanlig på jorden, används, tar hela resan från jorden till månen bara 3,5 timmar, och kabinen kommer att kunna göra tre flygningar om dagen. Teoretiska fysiker hävdar att supraledning vid rumstemperatur inte är förbjuden av naturlagarna, och många institut och laboratorier runt om i världen arbetar med att skapa den. Vi kan verka optimistiska för någon, men enligt vår åsikt kan månhissen bli verklighet om ett halvt sekel.

Vi har här bara betraktat några sidor av det enorma problemet med rymdkolonisering. En analys av situationen i solsystemet visar att endast månen kan bli det enda acceptabla objektet för kolonisering under de kommande århundradena.

Även om månen är närmare jorden än någon annan kropp i rymden, är det absolut nödvändigt att ha möjlighet att nå den för att kolonisera den. Om de inte är där, kommer Månen att förbli lika ouppnåeligt som det stora landet för Robinson, fast på en liten ö. Om mänskligheten hade till sitt förfogande mycket tid och tillräckligt med resurser, så råder det ingen tvekan om att den skulle övervinna eventuella svårigheter. Men det finns alarmerande tecken på en annan utveckling av händelserna.

Storskaliga klimatförändringar, inför våra egna ögon, förändrar levnadsvillkoren för människor på hela planeten, kan inom en mycket snar framtid tvinga oss att rikta alla våra krafter och resurser till elementär överlevnad under nya förhållanden. Om nivån på världshaven stiger, kommer det att bli nödvändigt att ta itu med överföringen av städer och jordbruksmark till outvecklade och olämpliga för jordbruk. Om klimatförändringar leder till en global nedkylning, kommer det att vara nödvändigt att lösa problemet med att inte bara värma bostäder utan också frysa fält och betesmarker. Alla dessa problem kan ta bort alla mänsklighetens krafter, och då kanske de helt enkelt inte räcker till för utforskning av rymden. Och mänskligheten kommer att förbli på sin hemplanet som på sin egen, men den enda bebodda ön i det stora oceanen av rymden.