Lidstvo je připraveno vybudovat měsíční základnu nebo ve snaze o světlo a prostor

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Na obelisku nad hrobem našeho velkého krajana K. E. Ciolkovskij cituje svá učebnicová slova: "Lidstvo nezůstane navždy na Zemi, ale v honbě za světlem a vesmírem nejprve nesměle proniká za atmosféru a pak si podmaní celý sluneční prostor."

Ciolkovskij po celý život snil o vesmírné budoucnosti lidstva a zkoumavým pohledem vědce nahlížel do jejích fantastických obzorů. Nebyl sám. Začátek dvacátého století byl pro mnohé objevením vesmíru, i když viditelným prizmatem tehdejších vědeckých klamů a fantazií spisovatelů. Ital Schiaparelli otevřel „kanály“na Marsu – a lidstvo se přesvědčilo, že na Marsu existuje civilizace. Burroughs a A. Tolstoy obývali tento pomyslný Mars obyvateli podobnými lidem a po nich následovaly stovky spisovatelů sci-fi.

Pozemšťané jsou prostě zvyklí na myšlenku, že na Marsu je život a že tento život je inteligentní. Proto Ciolkovského výzva k letu do vesmíru byla splněna, ne-li okamžitě s nadšením, ale v každém případě se souhlasem. Od prvních Ciolkovského projevů uplynulo pouhých 50 let a v zemi, které věnoval a předal všechna svá díla, byla vypuštěna První družice a První kosmonaut letěl do vesmíru.

Zdálo by se, že vše půjde dál podle plánů velkého snílka. Ciolkovského myšlenky se ukázaly být tak jasné, že nejslavnější z jeho následovníků - Sergej Pavlovič Korolev - postavil všechny jeho plány na rozvoj kosmonautiky tak, aby ve dvacátém století lidská noha vkročila na Mars. Život provedl své vlastní opravy. Nyní si nejsme příliš jisti, že se pilotovaná expedice na Mars uskuteční minimálně do konce 21. století.

Pravděpodobně nejde jen o technické potíže a osudové okolnosti. Jakékoli potíže lze překonat moudrostí a zvídavostí lidské mysli, pokud je před ní postaven důstojný úkol. Ale takový úkol neexistuje! Existuje zděděná touha letět na Mars, ale není jasné, proč? Když se podíváte hlouběji, je to otázka, před kterou stojí celá naše pilotovaná kosmonautika.

Ciolkovskij viděl ve vesmíru nevyužitý otevřený prostor pro lidstvo, které se na jejich domovské planetě stává stísněným. Tyto rozlohy je samozřejmě nutné zvládnout, ale nejprve je třeba hluboce prostudovat jejich vlastnosti. Půl století zkušeností s průzkumem vesmíru ukazuje, že velmi, velmi mnoho lze prozkoumat automatickými zařízeními, aniž by riskovali nejvyšší hodnotu vesmíru – lidské životy. Před půl stoletím byla tato myšlenka stále předmětem sporů a diskuzí, ale nyní, kdy se síla počítačů a schopnosti robotů blíží lidským limitům, už tyto pochybnosti nejsou na místě. Za posledních čtyřicet let robotická vozidla úspěšně prozkoumala Měsíc, Venuši, Mars, Jupiter, Saturn, planetární satelity, asteroidy a komety a americké Voyagery a Pioneery již dosáhly hranic sluneční soustavy. Přestože plány vesmírných agentur občas obsahují zprávy o přípravě pilotovaných misí do hlubokého vesmíru, zatím v nich nezazněl jediný vědecký problém, k jehož řešení je práce kosmonautů nezbytně nutná. Takže studium sluneční soustavy může automaticky pokračovat dlouhou dobu.

Vraťme se koneckonců k problému průzkumu vesmíru. Kdy nám naše znalosti o vlastnostech vesmírných prostorů umožní začít je osidlovat a kdy si budeme moci sami odpovědět na otázku – proč?

Ponechme zatím otázku toho, že ve vesmíru je spousta energie, kterou lidstvo potřebuje, a spousta nerostných surovin, které ve vesmíru možná sežene levněji než na Zemi. Oba jsou stále na naší planetě a nejsou hlavní hodnotou vesmíru. Ve vesmíru je hlavní to, co je pro nás na Zemi nesmírně obtížné zajistit – stabilitu životních podmínek a v konečném důsledku stabilitu rozvoje lidské civilizace.

Život na Zemi je neustále vystaven rizikům přírodních katastrof. Sucha, záplavy, hurikány, zemětřesení, tsunami a další potíže nejen přímo poškozují naši ekonomiku a blahobyt obyvatelstva, ale vyžadují energii a náklady na obnovu toho, co bylo ztraceno. Doufáme, že se ve vesmíru zbavíme těchto známých hrozeb. Pokud najdeme takové další země, kde nás přírodní katastrofy opustí, pak to bude „země zaslíbená“, která se stane důstojným novým domovem lidstva. Logika vývoje pozemské civilizace nevyhnutelně vede k myšlence, že v budoucnu, a možná ne tak vzdálené, bude člověk nucen hledat mimo planetu Zemi stanoviště, které by mohlo pojmout většinu populace a zajistit pokračování jeho života. život ve stabilních a pohodlných podmínkách.

To je to, co K. E. Ciolkovskij, když řekl, že lidstvo nezůstane navždy v kolébce. Jeho zvídavé zamyšlení nám nakreslilo atraktivní obrázky života v „éterických osadách“, tedy ve velkých vesmírných stanicích s umělým klimatem. První kroky tímto směrem již byly učiněny: na trvale obydlených vesmírných stanicích jsme se naučili udržovat téměř známé životní podmínky. Pravda, stav beztíže zůstává na těchto vesmírných stanicích nepříjemným faktorem, což je pro pozemské organismy neobvyklý a destruktivní stav.

Ciolkovskij usoudil, že stav beztíže by mohl být nežádoucí, a navrhl vytvořit umělou gravitaci v éterických sídlech axiálním otáčením stanic. V mnoha projektech "vesmírných měst" byla tato myšlenka převzata. Když se podíváte na ilustrace k tématu vesmírných osad na internetu, uvidíte různé tori a paprsková kola, ze všech stran prosklená jako pozemské skleníky.

Lze pochopit Ciolkovského, v době, kdy bylo kosmické záření jednoduše neznámé, který navrhl vytvořit vesmírné skleníky otevřené slunečnímu záření. Na Zemi nás před zářením chrání silné magnetické pole naší domovské planety a poměrně hustá atmosféra. Magnetické pole je pro nabité částice vyvržené Sluncem prakticky neproniknutelné – odhodí je od Země a do atmosféry v blízkosti magnetických pólů se dostane jen malému množství a vytvoří barevné polární záře.

Dnešní obydlené vesmírné stanice se nacházejí na orbitách umístěných uvnitř radiačních pásů (ve skutečnosti magnetických pastí), a to umožňuje astronautům zůstat na stanici roky, aniž by dostali nebezpečné dávky radiace.

Tam, kde zemské magnetické pole již nechrání před zářením, by měla být radiační ochrana mnohem vážnější. Hlavní překážkou záření je jakákoliv látka, ve které je absorbováno. Pokud předpokládáme, že absorpce kosmického záření v zemské atmosféře snižuje jeho úroveň na bezpečné hodnoty, pak je v otevřeném prostoru nutné uzavřít obydlené prostory vrstvou hmoty o stejné hmotnosti, tedy každý centimetr čtvereční plochy. prostory by měly být pokryty kilogramem hmoty. Pokud vezmeme hustotu krycí hmoty rovnou 2,5 g / cm3 (kameny), pak by geometrická tloušťka ochrany měla být alespoň 4 metry. Sklo je také silikátová látka, takže k ochraně skleníků ve vesmíru potřebujete sklo o tloušťce 4 metry!

Bohužel kosmické záření není jediným důvodem, proč opustit lákavé projekty. Uvnitř bude nutné vytvořit umělou atmosféru s obvyklou hustotou vzduchu, tedy s tlakem 1 kg / cm2. Když jsou prostory malé, konstrukční pevnost kosmické lodi může tento tlak odolat. Ale obrovské osady s průměrem desítek metrů obydlených prostor, schopné odolat takovému tlaku, bude technicky obtížné, ne-li nemožné, postavit. Vytvoření umělé gravitace rotací také výrazně zvýší zatížení konstrukce stanice.

Pohyb jakéhokoli tělesa uvnitř rotujícího „koblihy“bude navíc doprovázen působením Coriolisovy síly, čímž vznikne velké nepohodlí (vzpomeňte si na dětské pocity na dvorním kolotoči)! A konečně velké místnosti budou velmi zranitelné vůči nárazům meteoritů: stačí rozbít jednu sklenici ve velkém skleníku, aby z ní unikl všechen vzduch, a organismy v ní by zemřely.

Jedním slovem, „éterické osady“se po podrobném prozkoumání ukáží jako nemožné sny.

Možná to nebylo nadarmo, že naděje lidstva byly spojeny s Marsem? Je to docela velká planeta s docela vhodnou gravitací, Mars má atmosféru a dokonce i sezónní změny počasí. Běda! To je jen vnější podobnost. Průměrná teplota na povrchu Marsu se udržuje na -50 °C, v zimě je tam taková zima, že zamrzá i oxid uhličitý a v létě není dost tepla na roztátí vodního ledu.

Hustota atmosféry Marsu je stejná jako hustota zemské ve výšce 30 km, kde nemohou létat ani letadla. Je samozřejmě jasné, že Mars není nijak chráněn před kosmickým zářením. Aby toho nebylo málo, Mars má velmi slabou půdu: je to buď písek, který v rozsáhlých bouřích vyfukují i větry řídkého marťanského vzduchu, nebo stejný písek, který je zmrzlý ledem do pevné skály. Pouze na takové skále nelze nic postavit a podzemní prostory nebudou východem bez jejich spolehlivého zpevnění. Pokud je v prostorách teplo (a lidé nebudou žít v ledových palácích!), Permafrost roztaje a tunely se zhroutí.

Mnoho „projektů“marťanské stavby počítá s umístěním hotových obytných modulů na povrchu Marsu. To jsou velmi naivní představy. Pro ochranu před kosmickým zářením musí být každá místnost pokryta čtyřmetrovou vrstvou ochranných stropů. Jednoduše řečeno, zakryjte všechny budovy silnou vrstvou marťanské půdy a pak v nich bude možné bydlet. Ale pro co stojí Mars žít? Mars totiž nemá onu kýženou stabilitu podmínek, která nám na Zemi už tak chybí!

Mars lidi stále znepokojuje, i když nikdo nedoufá, že na něm najde krásnou Aelith, nebo alespoň bližní. Na Marsu hledáme především stopy mimozemského života, abychom pochopili, jak a v jakých formách život ve Vesmíru vzniká. Jde ale o průzkumný úkol a pro jeho vyřešení není vůbec nutné žít na Marsu. A pro stavbu vesmírných osad není Mars vůbec vhodným místem.

Možná byste měli věnovat pozornost četným asteroidům? Podmínky pro ně jsou podle všeho velmi stabilní. Po velkém bombardování meteoritů, které před třemi a půl miliardami let změnilo povrchy asteroidů na pole velkých a malých kráterů po dopadech meteoritů, se s asteroidy nic nestalo. V útrobách asteroidů lze vybudovat obyvatelné tunely a každý asteroid lze proměnit ve vesmírné město. V naší sluneční soustavě není mnoho dostatečně velkých asteroidů – asi tisíc. Nevyřeší tedy problém vytváření rozsáhlých obyvatelných oblastí mimo Zemi. Navíc všechny budou mít bolestivou nevýhodu: u asteroidů je gravitace velmi nízká. Asteroidy se samozřejmě stanou zdroji nerostných surovin pro lidstvo, ale pro stavbu plnohodnotného bydlení jsou zcela nevhodné.

Je to tedy skutečně nekonečný prostor pro lidi stejný jako nekonečný oceán bez kousku země? Jsou všechny naše sny o zázracích vesmíru jen sladké sny?

Ale ne, ve vesmíru je místo, kde se dějí pohádky, a dalo by se říci, že je úplně v sousedství. Tohle je Měsíc.

Měsíc má ze všech těles sluneční soustavy největší počet zásluh z pohledu lidstva hledajícího stabilitu ve vesmíru. Měsíc je dostatečně velký, aby na jeho povrchu byla patrná gravitace. Hlavními horninami Měsíce jsou pevné čediče, rozprostírající se stovky kilometrů pod povrchem. Měsíc nemá žádný vulkanismus, zemětřesení a klimatickou nestabilitu, protože Měsíc nemá v hlubinách roztavený plášť, žádné vzdušné ani vodní oceány. Měsíc je nejbližší vesmírné těleso k Zemi, což koloniím na Měsíci usnadňuje poskytování nouzové pomoci a snižuje náklady na dopravu. Měsíc je vždy k Zemi natočen na jednu stranu a tato okolnost může být v mnoha ohledech velmi užitečná.

Takže první výhodou Měsíce je jeho stabilita. Je známo, že na povrchu osvětleném sluncem teplota stoupá na + 120 ° C a v noci klesá na -160 ° C, ale zároveň již v hloubce 2 metrů se poklesy teploty stávají neviditelnými.. V útrobách Měsíce je teplota velmi stabilní. Vzhledem k tomu, že čediče mají nízkou tepelnou vodivost (na Zemi se čedičová vata používá jako velmi účinná tepelná izolace), lze v podzemních místnostech udržovat jakoukoli příjemnou teplotu. Čedič je plynotěsný materiál a uvnitř čedičových struktur můžete bez větší námahy vytvořit umělou atmosféru libovolného složení a udržovat ji.

Čedič je velmi tvrdý kámen. Na Zemi jsou čedičové skály vysoké 2 kilometry a na Měsíci, kde je gravitační síla 6x menší než na Zemi, by čedičové stěny udržely jejich váhu i ve výšce 12 kilometrů! Díky tomu je možné v čedičových hloubkách stavět haly s výškou stropu v řádu stovek metrů bez použití dalšího spojovacího materiálu. Proto můžete v měsíčních hlubinách postavit tisíce pater budov pro různé účely, aniž byste použili jiné materiály, kromě samotného měsíčního čediče. Pokud si připomeneme, že měsíční povrch je pouze 13,5krát menší než povrch Země, lze snadno spočítat, že plocha podzemních struktur na Měsíci může být desítkykrát větší než celé území obsazené veškerým životem. se tvoří na naší domovské planetě od hlubin oceánů až po vrcholky hor.! A všechny tyto prostory nebudou po miliardy let ohroženy žádnou přírodní katastrofou! Slibný!

Je samozřejmě nutné okamžitě přemýšlet: co dělat s půdou vytěženou z tunelů? Pěstovat kilometry vysoké haldy odpadu na povrchu Měsíce?

Ukazuje se, že zde lze navrhnout zajímavé řešení. Měsíc nemá atmosféru a lunární den trvá půl měsíce, takže kdekoli na Měsíci nepřetržitě svítí horké slunce po dobu dvou týdnů. Pokud jeho paprsky zaměříte velkým konkávním zrcadlem, pak bude teplota ve výsledné skvrně světla téměř stejná jako na povrchu Slunce – téměř 5000 stupňů. Při této teplotě tají téměř všechny známé materiály, včetně čedičů (tají se při 1100 °C). Pokud se do tohoto horkého místa pomalu nasypou čedičové úlomky, roztaví se a z něj je možné spojovat vrstvy po vrstvách stěn, schodišť a podlah. Můžete si vytvořit stavebního robota, který to bude dělat podle programu v něm stanoveného bez jakékoli lidské účasti. Pokud dnes takový robot vypustí na Měsíc, tak v den, kdy na něj pilotovaná expedice dorazí, budou mít kosmonauti když ne paláce, tak alespoň pohodlné bydlení a laboratoře.

Pouhé budování vesmíru na Měsíci by nemělo být samoúčelné. Tyto prostory budou potřebné pro lidi, aby žili v pohodlných podmínkách, pro umístění zemědělských a průmyslových podniků, pro vytvoření rekreačních oblastí, dálnic, škol a muzeí. Nejprve musíte získat všechny záruky, že lidé a další živé organismy, které migrovaly na Měsíc, nezačnou degradovat kvůli nepříliš známým podmínkám. Nejprve je nutné prozkoumat, jak dlouhodobá expozice snížené závažnosti ovlivní organismy rozmanité suchozemské povahy. Tyto studie budou rozsáhlé; je nepravděpodobné, že experimenty ve zkumavkách budou schopny zaručit biologickou stabilitu organismů po mnoho generací. Je třeba stavět velké skleníky a voliéry a provádět v nich pozorování a pokusy. S tím si žádní roboti neporadí – pouze samotní výzkumníci si budou moci všimnout a analyzovat dědičné změny v živých tkáních a živých organismech.

Příprava na vytvoření plnohodnotných soběstačných kolonií na Měsíci je cílovým úkolem, který by se měl stát majákem pro pohyb lidstva směrem k dálnici jeho udržitelného rozvoje.

Dnes mnoho v technické konstrukci obydlených osad ve vesmíru nemá jasné pochopení. Napájení v kosmických podmínkách lze zcela jednoduše zajistit solárními stanicemi. Jeden čtvereční kilometr solárních panelů i při účinnosti pouhých 10 % poskytne výkon 150 MW, i když pouze během lunárního dne, to znamená, že průměrná výroba energie bude poloviční. Zdá se, že je to málo. Podle prognóz světové spotřeby elektřiny (3,5 TW) a světové populace (7 miliard lidí) v roce 2020 však průměrný pozemšťan dostane 0,5 kilowattu elektrické energie. Pokud vyjdeme z obvyklé průměrné denní dodávky energie pro obyvatele města, řekněme 1,5 kW na osobu, pak taková solární elektrárna na Měsíci bude schopna uspokojit potřeby 50 tisíc lidí – na malou měsíční kolonii docela dost.

Na Zemi spotřebováváme značnou část naší elektřiny na osvětlení. Na Měsíci bude mnoho tradičních schémat radikálně změněno, zejména schémata osvětlení. Podzemní místnosti na Měsíci by měly být dobře osvětleny, zejména skleník. Nemá smysl vyrábět elektřinu na měsíčním povrchu, přenášet ji do podzemních budov a následně elektřinu opět přeměňovat na světlo. Mnohem efektivnější je instalovat na povrch Měsíce koncentrátory slunečního záření a osvětlovat z nich optické kabely. Úroveň dnešní technologie výroby světlovodů umožňuje přenášet světlo téměř beze ztrát na tisíce kilometrů, takže by nemělo být obtížné přenést světlo z osvětlených oblastí Měsíce systémem světlovodů do jakékoli podzemní místnosti, přepínající koncentrátory a světlovody sledující pohyb slunce po měsíční obloze.

V prvních fázích výstavby měsíční kolonie může být Země dárcem zdrojů nezbytných pro uspořádání sídel. Ale mnoho zdrojů ve vesmíru bude snazší získat než dodat ze Země. Lunární bazalty jsou z poloviny složeny z oxidů kovů – železa, titanu, hořčíku, hliníku atd. V procesu získávání kovů z čedičů těžených v dolech a štolách se bude získávat kyslík pro různé potřeby a křemík pro světlovody. V kosmickém prostoru je možné zachytit komety obsahující až 80 % vodního ledu a zajistit zásobování sídel vodou z těchto vydatných zdrojů (ročně kolem ní proletí až 40 000 minikomet ve vzdálenosti od 3 do 30 metrů). Země ne dále než 1,5 milionu km od ní).

Jsme přesvědčeni, že během příštích tří až pěti desetiletí bude výzkum vytváření osad na Měsíci dominovat slibnému vývoji lidstva. Pokud se ukáže, že na Měsíci lze vytvořit pohodlné podmínky pro lidský život, pak kolonizace Měsíce po několik staletí bude cestou pozemské civilizace k zajištění jejího udržitelného rozvoje. Každopádně jiná tělesa k tomu vhodnější ve sluneční soustavě nejsou.

Možná se nic z toho nestane z úplně jiného důvodu. Průzkum vesmíru není jen o jeho zkoumání. Průzkum vesmíru vyžaduje vytvoření efektivních dopravních cest mezi Zemí a Měsícem. Pokud se taková dálnice neobjeví, pak kosmonautika nebude mít budoucnost a lidstvo bude odsouzeno zůstat v hranicích své původní planety. Raketová technologie, která umožňuje vypouštění vědeckého zařízení do vesmíru, je drahá technologie a každý start rakety je také obrovskou zátěží pro ekologii naší planety. Budeme potřebovat levnou a bezpečnou technologii k vypuštění užitečného nákladu do vesmíru.

V tomto smyslu nás Měsíc mimořádně zajímá. Vzhledem k tomu, že je vždy otočen k Zemi jednou stranou, ze středu polokoule k Zemi můžete natáhnout kabel vesmírného výtahu k naší planetě. Nenechte se zastrašit její délkou – 360 tisíc kilometrů. S tloušťkou kabelu, která vydrží 5tunovou kabinu, bude jeho celková hmotnost asi tisíc tun - to vše se vejde do několika důlních sklápěčů BelAZ.

Materiál na kabel požadované pevnosti byl již vynalezen – jde o uhlíkové nanotrubičky. Jen se musíte naučit, jak to udělat bez defektu po celé délce vlákna. Vesmírný výtah se samozřejmě musí pohybovat mnohem rychleji než jeho pozemské protějšky a dokonce mnohem rychleji než vysokorychlostní vlaky a letadla. K tomu musí být kabel lunárního výtahu pokryt vrstvou supravodiče a kabina výtahu se po něm může pohybovat, aniž by se samotného kabelu dotkla. Pak už nic nebude bránit kabině v pohybu jakoukoliv rychlostí. V polovině cesty bude možné kabinu zrychlit a v polovině zabrzdit. Pokud se zároveň použije na Zemi obvyklé zrychlení „1g“, pak celá cesta ze Země na Měsíc zabere jen 3,5 hodiny a kabina zvládne tři lety denně.. Teoretickí fyzici tvrdí, že supravodivost při pokojové teplotě není přírodními zákony zakázána a na jejím vytvoření pracuje mnoho ústavů a laboratoří po celém světě. Někomu se můžeme zdát optimističtí, ale podle nás se měsíční výtah může stát za půl století realitou.

Uvažovali jsme zde jen o několika stránkách obrovského problému kolonizace vesmíru. Analýza situace ve sluneční soustavě ukazuje, že jediným přijatelným objektem kolonizace se v příštích staletích může stát pouze Měsíc.

Přestože je Měsíc k Zemi blíže než jakékoli jiné těleso ve vesmíru, je nezbytné mít prostředky, jak se k němu dostat a kolonizovat jej. Pokud tam nebudou, pak Měsíc zůstane pro Robinsona nedosažitelný jako velká země uvízlá na malém ostrově. Pokud by lidstvo disponovalo spoustou času a dostatkem prostředků, pak není pochyb o tom, že by jakékoli potíže překonalo. Existují ale alarmující známky jiného vývoje událostí.

Rozsáhlé klimatické změny před našima očima mění životní podmínky lidí na celé planetě a mohou nás ve velmi blízké budoucnosti donutit nasměrovat všechny naše síly a prostředky k elementárnímu přežití v nových podmínkách. Pokud se hladina světových oceánů zvedne, pak bude nutné řešit přesuny měst a zemědělské půdy do nezastavěné a pro zemědělství nevhodné. Pokud klimatické změny povedou ke globálnímu ochlazení, pak bude nutné vyřešit nejen problém vytápění obydlí, ale i zamrzání polí a pastvin. Všechny tyto problémy mohou vzít všechny síly lidstva a na průzkum vesmíru pak nemusí stačit. A lidstvo zůstane na své domovské planetě jako na svém, ale jediném obydleném ostrově v rozlehlém oceánu vesmíru.