De koudste plekken op aarde en in de buurt komen niet in de buurt van de temperatuur van de maanverlichte nacht - en het is erg moeilijk om een basis te creëren die kolonisten tegen een dergelijke temperatuur kan beschermen. De gedachte aan het koloniseren van de maan baart wetenschappers en vooruitziende mensen al decennia lang zorgen. Er zijn verschillende concepten van maankolonies verschenen op tv-schermen en monitoren.
Misschien is een maankolonie de volgende logische stap voor de mensheid. Dit is onze naaste buur in de sterren, die ongeveer 383.000 kilometer van ons verwijderd is, wat het ondersteunen van hulpbronnen vereenvoudigt. Daarnaast is er een teveel aan helium-3 op de maan, een ideale brandstof voor thermonucleaire reactoren, die op aarde zeer schaars is.
De route voor de permanente maankolonie werd theoretisch geschetst door verschillende ruimteprogramma's. China heeft interesse getoond om een basis aan de andere kant van de maan te vinden. In oktober 2015 werd bekend dat de European Space Agency en Roscosmos een aantal missies naar de maan plannen om de mogelijkheden voor het plaatsen van permanente nederzettingen te beoordelen.
Toch heeft onze satelliet een aantal problemen. De maan maakt één revolutie in 28 aardse dagen en de maannacht duurt 354 uur - meer dan 14 aardse dagen. Een lange nachtcyclus betekent een aanzienlijke temperatuurdaling. De temperaturen op de evenaar variëren van 116 graden Celsius overdag tot -173 graden 's nachts.
Maanverlichte nachten zullen korter zijn als de basis zich op de Noord- of Zuidpool bevindt. "Er zijn veel redenen om zo'n basis aan de palen te bouwen, maar er zijn nog andere factoren waarmee rekening moet worden gehouden naast het aantal uren zonlicht", zegt Edmond Trollope, ruimtevaartingenieur bij Telespazio VEGA Deutschland. Net als op aarde kan het bij de polen erg koud zijn.
Bij de maanpolen zal de zon langs de horizon bewegen, niet langs de lucht, dus je zult zijpanelen moeten bouwen (in de vorm van muren), wat de constructie zal bemoeilijken. Een grote platte basis op de evenaar zou veel warmte opvangen, maar om bij de warmte bij de paal te komen moet je omhoog bouwen, wat niet gemakkelijk is. "Met een verstandige locatie kunnen temperatuurverschillen eenvoudig worden beheerst", zegt Volcker Meiwald, een wetenschapper bij het DLR German Aerospace Center.
Promotie video:
De grote variabiliteit van de temperaturen in de dag- en nachtcyclus betekent dat maanbases niet alleen moeten worden voorzien van voldoende isolatie tegen de vrieskou en verschroeiende hitte, maar ook om thermische spanningen en thermische uitzetting op te vangen.
Thermische bescherming
De eerste robotmissies naar de maan, zoals de Sovjet-maanmissies, waren ontworpen om één maandag te leven (twee aardse weken). De lander van NASA Surveyor-missies kan de volgende maandag weer aan het werk gaan. Maar door de schade die 's nachts aan componenten werd toegebracht, konden wetenschappelijke gegevens vaak niet worden verkregen.
De maanrovers van het Sovjetruimteprogramma met dezelfde naam, dat werd uitgevoerd in de late jaren 60 en 70, bevatten elementen van radioactieve verwarming met een ingenieus ventilatiesysteem, waardoor de voertuigen tot 11 maanden konden leven. Maanrovers zouden 's nachts overwinteren en met de zon lanceren wanneer zonne-energie beschikbaar kwam.
Een optie om hoge thermische fluctuaties te vermijden, is door het gebouw in maanregoliet te begraven. Dit poedervormige materiaal, dat het oppervlak van de maan bedekt, heeft een lage thermische geleidbaarheid en een hoge weerstand tegen zonnestraling. Dit betekent dat het sterke isolerende eigenschappen heeft, en hoe dieper de kolonie, hoe hoger de thermische bescherming. Omdat de basis opwarmt en de warmte op de maan slecht wordt overgedragen vanwege het gebrek aan atmosfeer, zal dit bovendien verdere thermische stress verminderen.
Hoewel het idee om de kolonie te "begraven" in principe met succes werd aanvaard, zal het in de praktijk een ongelooflijk moeilijke taak zijn. "Ik heb nog geen project gezien dat dit aankan", zegt Volcker. "Het zouden robotachtige bouwvoertuigen moeten zijn die op afstand kunnen worden bestuurd."
Inbedden of bedekken?
Een andere methode waarmee het gewenste resultaat kon worden bereikt, ligt in de grond zelf. Penetrators die het oppervlak kunnen penetreren tijdens een botsing zijn al voorgesteld (maar op kleinere schaal) voor verschillende maanmissies, zoals de Japanse Lunar-A en de Britse MoonLite (het project is momenteel vertraagd, hoewel het idee van een penetratielanding zo overtuigend was dat ESA besloot om voor een mechanisme voor de snelle levering van monsters voor analyse vanaf het oppervlak en de ondergrond van een planeet of maan). Het voordeel van dit concept is dat de basis wordt ingegraven bij impact, wat betekent dat deze wordt blootgesteld aan relatief gematigde thermische omstandigheden voordat deze wordt beschermd.
Er blijft echter een probleem met de energievoorziening, aangezien een typisch penetratieproject slechts zeer beperkte mogelijkheden voor zonne-energie biedt. Er zijn ook de problemen van hoge versnellingsbelastingen bij botsingen en hoge nauwkeurigheid die vereist zijn voor geleiding. "De aanvaringskracht die nodig is om de structuur in te graven, zal zeer moeilijk te evenaren zijn met de vereiste functies van de bemande basis", zegt Trollope.
Een alternatief hiervoor zou zijn om maanregoliet op de kolonie te gieten, mogelijk met behulp van machines zoals hydraulische graafmachines. Maar om dit effectief te doen, moet je snel werken.
Als de maanregoliet niet over de kolonie kan worden gegoten, kan er een hoed van meerlagige isolatie (MLI) overheen worden geplaatst, waardoor warmteafvoer wordt voorkomen. MLI thermische isolatiematerialen worden veel gebruikt op ruimtevaartuigen en beschermen ze tegen de kou in de ruimte.
Het voordeel van deze methode is dat zonnepanelen kunnen worden gebruikt om energie te verzamelen en op te slaan gedurende een twee weken durende maandag. Maar als er niet genoeg energie wordt verzameld, moeten alternatieve methoden voor energieopwekking worden overwogen.
Thermo-elektrische generatoren zouden de kolonie van energie kunnen voorzien tijdens de nachtcyclus: hoewel ze een laag rendement hebben, hebben ze geen problemen met het onderhoud, aangezien ze geen bewegende delen hebben. Radio-isotopen thermo-elektrische generatoren (RTG's) bieden een grote efficiëntie en hebben een zeer compacte brandstofbron. Maar de basis zal tegen straling moeten worden afgeschermd, terwijl deze warmte kan overdragen. De logistiek van het installeren van een verwijderbare generator voor radioactieve isotopen is beladen met problemen: risico's zullen overal zijn, van het opstijgen vanaf de aarde tot de landing op de maan, samen met politieke en veiligheidskwesties.
Er zouden splijtingsreactoren kunnen worden gebruikt, maar er zullen nog meer problemen mee zijn, waaronder de hierboven genoemde.
En als er thermonucleaire reactoren worden ontwikkeld, kunnen ze, gezien het teveel aan helium-3, ook op de maan worden gebruikt. Batterijen - zoals lithium-ionbatterijen - kunnen ook van pas komen, mits er voldoende zonne-energie wordt opgewekt in een nachtcyclus van twee weken.
Er is een idee om het station aan de oppervlakte tijdens de nachtcyclus van stroom te voorzien met behulp van een in een baan om de aarde draaiende satelliet die energie door microgolven of een laser zal uitzenden. Dit idee is 10 jaar geleden onderzocht. Uit de studie bleek dat voor een grote maanbasis, die honderden kilowatt energie nodig heeft die vanuit een baan om de aarde wordt geleverd door een laser van 50 kilowatt, een rectenna (een type antenne dat elektromagnetische energie omzet in gelijkstroom) een diameter van 400 meter zal hebben, en op een satelliet - 5 vierkante meter kilometers zonnepanelen. Het internationale ruimtestation is ongeveer 3,3 vierkante meter groot. km zonnepanelen.
Ondanks aanzienlijke moeilijkheden bij het bouwen van een kolonie die de harde nachtelijke maancyclus zal moeten doorstaan, zijn ze niet onoverkomelijk. Met de juiste thermische bescherming en het juiste stroomopwekkingssysteem tijdens een lange nacht van twee weken, zouden we de komende twintig jaar een maankolonie kunnen hebben. En dan kunnen we onze blik verder richten.
