Dlaczego baza na Księżycu jest bez sensu

Trafiła mi się w ręce ciekawa prezentacja o tym jak będą wyglądały przyszłe skafandry marsjańskie a w ramach tejże jest sporo informacji o tym dlaczego nasz Księżyc jest bardzo kiepskim miejscem na testowanie technologii niezbędnych do przetrwania na Marsie. W wielkim skrócie to:

• środowisko na Księżycu jest zupełnie inne niż na Marsie:
  • skoki temperatur są znacznie większe
  • brakuje atmosfery
  • nie ma ani konwekcji ani parowania
  • długość dnia jest inna
  • „ziemia” jest inna – ta marsjańska nadaje się po lekkim wzbogaceniu świetnie do produkcji żywności, na księżycowej wyhodowanie czegokolwiek jest bardzo trudne
  • zagrożenie promieniowaniem jest inne i wymaga innych środków ostrożności
  • grawitacja jest inna
  • nie da się testować technologii produkcji paliwa, tlenu i plastików z atmosfery

Szukając najbliższego analogu Marsa, lepszym miejscem do testów jest Antarktyka na Ziemi niż Księżyc.

Ciekawe że obecnie wiemy o Marsie znacznie więcej niż wiedzieliśmy o Księżycu przed pierwszym lądowaniem ludzi. Jednak ta wiedza powoduje także że zdajemy sobie lepiej sprawę z problemów które trzeba rozwiązać zanim się poleci na Marsa. Najważniejsze z nich to:

• samo lądowanie. To problem numer 1. Jak posadzić na Marsie odpowiednio duży ładunek? Tego problemu jeszcze nie rozwiązano. O czystym hamowaniu silnikami można zapomnieć – ilość paliwa niezbędna do takiego manewru jest olbrzymia. Więc trzeba użyć atmosfery. Problem w tym że jest jej raczej niewiele i rozwiązania znane z Ziemi się nie przydadzą. Np. rozwiązanie stosowane przez Apollo z trajektorią a’la robienie „kaczek” płaskim kamieniem na jeziorze. Jest to świetne rozwiązanie dające osłonie termicznej czas na pozbycie się części zakumulowanej energii cieplnej po pierwszym wejściu w atmosferę i częściowym wyhamowaniu. Na Marsie to nie zadziała – planeta jest na tyle mała że wszelkie trajektorie które pozwalają na wyhamowanie dużego ładunku z prędkości „transferowej” do prędkości na której obiekt jest złapany przez grawitację Marsa wymagają olbrzymich przeciążeń. W związku z czym myśli się o nadmuchiwanej osłonie termicznej, która pozwoliła by na wyhamowanie z prędkości transferowej do prędkości pozwalającej na lądowanie w czasie pojedynczego wejścia w atmosferę Marsa. SpaceX podobno planuje właśnie coś takiego, ale nawet przy tym rozwiązaniu i tak najpierw statek kosmiczny będzie musiał zużyć sporo paliwa żeby częściowo wytracić prędkość przed wejściem w atmosferę.
• zdrowie astronautów – czy astronauci po przebywaniu pół roku w nieważkości będą w stanie wytrzymać przeciążenia rzędu 4-5G przy lądowaniu a potem pozbierać się do kupy i rozpocząć prace na Marsie? Eksperyment ze Scottem Kelly pokazuje że tak, ale nie wszyscy są tak twardzi jak ten facet.
• promieniowanie – jak uchronić ludzi od promieniowania w ciągu 6 miesięcy lotu (i pierwszych tygodni na Marsie)? Bez żadnej osłony ryzyko nowotworów jest rzędu 18%. Co będzie jak astronauta dostanie jakiegoś złośliwego nowotworu na Marsie?
• system immunologiczny – badania na ISS pokazują że długotrwałe przebywanie w nieważkości powoduje gwałtowny spadek odporności.
• utrata masy kości – to też badania na ISS pokazują, pomimo ćwiczeń astronauci tracą spore ilości wapnia z kości. Na Marsie to też będzie następowało, ale w mniejszym stopniu. Ciekawostką związaną z tym problemem były kłopoty pierwszych systemów odzyskiwania wody z siku – były one zaprojektowane tak by świetnie dawać sobie radę z sikami typowego, zdrowego człowieka na Ziemi. Jednak siki astronautów mają tak olbrzymi poziom wapna, że systemy się zatykały kamieniem.
• skafandry – dotychczasowa technologia skafandrów kosmicznych nie nadaje się do długotrwałego używania. Badania wykazały że człowiek może przez długi okres czasu nosić na sobie nie więcej niż 23 kg. Powyżej tego następują zmiany stawów itp. W związku z czym skafander nie może ważyć więcej niż 23 kg na ziemi ~= 61 kg na Marsie. Używając dotychczasowych technologii jakie NASA stosowała do skafandrów księżycowych, tych z promu kosmicznego i tych na ISS wychodzi że nie ma szans na zbudowanie tak lekkiego skafandra. Jednak wcale nie trzeba – na Marsie jest atmosfera a skoki temperatur nie są takie duże. Problem w tym że technologie jakich używa NASA do skafandrów kosmicznych nie mają sensu na Marsie – np. chłodzenie przez sublimację, wielowarstwowa izolacja itp. Niestety NASA nie prowadzi prac nad zbudowaniem odpowiedniego skafandra. Autor prezentacji proponuje coś rewolucyjnego – osobne skafandry dla głowy i reszty ciała – tylko głowa jest w odpowiedniej atmosferze z odpowiednim poziomem tlenu. Reszta ciała używa marsjańskiej atmosfery (oczywiście po lekkim sprężeniu do niezbędnego ciśnienia) – w ten sposób odpada problem odprowadzania ciepła, zapewnienia odpowiedniego ciśnienia, regulacji wilgotności itp. Oczywiście niezbędne będą filtry żeby nie wpuścić do skafandra marsjańskiej materii a także żeby nie zanieczyścić Marsa ziemskimi bakteriami. Drugą rewolucyjną ideą jest produkcja tlenu przez skafander z CO2.