Терраформирование Луны
Колонизация Луны в пригодную для жизни среду обитания. Читайте методы создания колоний на спутнике, реальные исследования и использование метеоритов и комет.
С самого начала освоения космического пространства писатели затрагивали тему колонизации чужих миров. Все это основывалось на теме преобразования, то есть использования земных технологий для нормализации температуры, экологии, атмосферы и т.д. Ближайшим к нам небесным объектом в Солнечной системе выступает Луна, поэтому футуристы задумывались о том, возможно ли терраформирование Луны.
Земной спутник выступает наиболее привлекательной целью, потому что находится близко, нам уже удалось высадить туда людей, обладаем наибольшем количеством информации о нем и на доставку потратим наименьше времени. Как же будет выглядеть колонизация Луны?
Терраформирование Луны
Лунная колонизация в литературе
Это одна из популярнейших тем в научной фантастике. Есть много примеров с использованием куполов или же постройкой жилищ под поверхностью, но были и случаи, где сам спутник становился пригодной средой обитания.
Наиболее ранний – рассказ «День парижанина в 21-м веке», написанный в 1910 году Октавом Беллардом. Он описал, как на Луне постепенно сформировали атмосферный слой, насадили растений и создали колонии.
Художественная интерпретация лунной базы
В 1936 году появился «Потерянный рай» от К. Л. Мура. В центре находится история о пилоте космического корабля, живущего в заселенной системе. Несколько историй о лунной колонии вышло от Артура Кларка в 1950-1970-х гг. В 1955 году у него появился «Земной свет», где наш спутник оказался под перестрелкой между Землей и объединенными Марсом и Венерой.
В 1968 году появился еще один его роман «2001: Космическая одиссея», где была заселенная Луна и странный монолит. Позже снимут одноименный фильм. О поселениях писал Роберт А. Хейнлейн, где на спутнике проживала семья камней.
Художественная концепция возможной базы на спутнике
Было также много романов о лунатиках – лунном народе, вынужденном жить под землей. В некоторых историях они были миролюбивыми и даже отправляли на Землю продукты питания и помощь, а в других – объявляли нам войну.
Исследования Луны
В последнее время все чаще поднимаются темы постройки базы на спутнике. Главным толчком стала серия миссий Аполлон. Сейчас многие поддерживают идею вернуться к Луне до 2020-го года. Но эти мысли возникали намного раньше 20-го века.
Еще в 1638 году епископ Джон Уилкинс написал трактат, где пророчил лунное поселение. Первым о космическом лифте заговорил Константин Циолковский, который также утверждал, что лунная колония станет важным шагом в освоении глубокого космоса.
Лунная база, предложенная в 1970-х гг. НАСА
В период программы Аполлон обсуждали идею не только высадить астронавтов на поверхность, но и заняться постройкой постоянного поста. В 1954 году Артур Кларк предложил использовать надувные модели, которые можно покрыть лунной пылью, гарантирующей защиту и изоляцию.
Он предлагал, чтобы космонавты сначала построили иглуподобные конструкции и надувные радиомачты, что позже станет крупным стабильным куполом. Также он говорил, что можно очистить воздух при помощи фильтра из водорослей, а ядерным реактором обеспечивать энергию.
Появлялись также идеи колонизации Луны с военными базами. Это был проект Горизонт (США) в 1967 году.
Художественное видение поселения, которое планирует создать ЕКА к 2030-м гг
В 1962 году возник проект с лунным фортом, который мог расположиться под поверхностью Моря Спокойствия, а энергия создавалась ядерными реакторами. В 2006 году японцы заявили о своем намерении к 2030-му году создать на спутнике базу. О том же говорили Франция и Россия в 2007 году.
В 2014 года представители НАСА серьезно взялись за решение вопроса и в 2015 году подготовили концепцию лунного поселения, где основную работу будут делать роботы.
Потенциальные методы терраформирования Луны
Не будем забывать, что подобные миссии сталкиваются с рядом проблем. Начнем с того, что у Луны слишком тонкий слой атмосферы (экзосфера) и летучих элементов крайне мало. На нижнем рисунке можно увидеть, как будет выглядеть измененная и освоенная Луна с постоянной колонией.
Художественная интерпретация освоенной Луны
Проблемы можно решить, если научиться захватывать пролетающие мимо кометы, внутри которых есть водяной лед и летучие вещества. Кометы бы рассеивались и постепенно сформировали атмосферный слой. Даже удары высвободят спрятанную в реголите воду.
Импульс от комет приведет к тому, что лунное вращение ускорится, и она выйдет из блока с нашей планетой. Луна с 24-часовым циклом стала бы более доступной для адаптации. Также для колонии можно использовать кратеры с водяным льдом. Там можно быстрее создать атмосферу и вырастить растения.
Потенциальные преимущества терраформирования Луны
Прежде всего, Луна ближе всех расположена к Земле, поэтому затраты на колонизацию будут значительно ниже.
Художественная концепция лунной базы на основе использования роботов
Тем более, что направить в ее сторону кометы намного проще. И если для других объектов понадобятся тысячи, то здесь хватить и сотни. Поверхностную воду можно создать из водяного льда в лунном грунте, а также полярных тайников. Для этого нужно добавить аммиачные или метановые льды, которые можно добыть из пояса Койпера.
К тому же колония сможет себя обеспечить, используя местные ресурсы. Луна по составу напоминает нашу планету, поэтому их можно применить в качестве защиты от радиации. В верхнем слое почвы много гелия-3, который используется в термоядерных реакторах.
Лунный купол, созданный при помощи 3D-печати
Луна рассматривается как некая перевалочная база для дальних космических миссий. Можно будет использовать лунную воду для формирования водородного топлива и это сэкономит миллиарды долларов. Тем более, что с освоением Луны будет намного проще перейти к Марсу и дальше.
Спутник обладает низкой гравитацией, поэтому ракету проще запустить. К тому же, это своеобразная тренировка и попытка населить чужой объект. В конце концов, марсианские условия намного враждебнее. Не будем забывать о целой сети лавовых труб, чьи масштабы позволяют создать крупный город.
Потенциальные вызовы при терраформировании Луны
У нас все еще нет необходимых инструментов для массового сбора комет, тем более, что на их создание придется хорошенько потратиться. Представьте, что нам необходимо где-то достать хотя бы сотню космических кораблей с мощным двигателем, способным совершить полет в обе стороны за короткий временной промежуток.
Мы все еще пытаемся справиться с влиянием микрогравитации, которая атрофирует мышцы и разрушает кости. На саму трансформацию спутника (создание атмосферы, экологии, растительности) уйдет много времени.
Давайте также не забывать об особенностях спутника. Лунные ночи длятся 354 часа, поэтому нам нужно как-то выкручиваться без солнечной энергии (это не касается полярных участков). Поселения должны будут создать источник обогрева, чтобы справиться с серьезными температурными колебаниями.
Лунный горнодобывающий механизм собирает кислород из вулканической почвы
Отсутствие атмосферы приводит к незащищенности перед лучами и метеоритными ударами. Многие проблемы решают подземные колонии возле полярных регионов, которые сильнее всего освещены. Или же придется использовать термоядерные реакторы.
Зачем так мучится? Потому что среди всех объектов в Солнечной системе Луна выступает максимально дешевым вариантом. Это попытка покорить небесное тело и проверить наши силы. К тому же ее ресурсы можно будет использовать и на Земле.
Источник
Как создать искусственную гравитацию на космическом корабле?
Отвечаем на очередной вопрос присланный читателем:
В одном сайнс фикшн фильме герои живут в космических станциях, где искусственным образом создана гравитация, есть возможность плавать в бассейне и т.д. Возможно ли создание таких условий в реальности?
На данный момент существует несколько концепций создания искусственной силы тяжести на космических кораблях, работу бассейна способны обеспечить лишь некоторые из них.
Искривление пространства-времени
Начнём с наиболее утопической концепции. В общей теории относительности гравитация является проявлением искривления пространства времени. Обычно в космосе пространство-время искривляется массивными телами, такими как звёзды и планеты.
Идея способа заключается в том, чтобы искусственно создать внутри корабля локальную область искривлённого пространства-времени, которое будет порождать гравитацию, на данный момент это невозможно. Физика не владеет даже полноценной теорией гравитации: в первом приближении гравитацию неплохо описывает теория тяготения Ньютона, во втором — общая теория относительности, но обе эти теории неприменимы на квантовом уровне и необходима новая квантовая теория гравитации, над которой в настоящий момент трудятся множество учёных, но работа пока еще далека от завершения.
О создании технологии управления гравитацией в обозримом будущем и речи быть не может, в дополнение к этому такой подход потенциально может вызвать множество трудностей в работе корабля.
Замена гравитации ускорением
Другой вариант это создание искусственной силы тяжести за счёт работы двигателей корабля, он достаточно просто реализуется, но подходит лишь для длительных перелётов, когда половину пути двигатели будут разгонять корабль, а вторую половину тормозить, за счёт этого на корабле инерция будет прижимать всё к полу и можно обеспечить необходимую силу тяжести.
Невесомость будет ощущаться лишь короткий период времени, при смене направления работы двигателя, вполне возможно, что через несколько столетий, во время освоения человечеством Солнечной системы этот подход будет активно использоваться. В научной фантастике такой подход показан, например, в телесериале «Пространство».
Замена гравитации центробежной силой
Третий концепт заключается в создании огромных вращающихся колец, где сила тяжести будет создаваться центробежной силой, а в центральной части корабля при этом будет сохраняться невесомость. Данный подход также не представляет принципиальных проблем в реализации хотя и требует значительного усложнения конструкции корабля.
Главная проблема состоит в том, что при таком варианте космический корабль или станция должен будет иметь довольно большой радиус, чтобы создать комфортное ощущение силы тяжести. Центробежная сила зависит от радиуса, поэтому чем ближе к центру вращения, тем меньше будет ощущаться создаваемая сила тяжести.
При существенной разнице в силе тяжести ощущаемой разными частями тела у космонавта могут возникнуть различные неприятные эффекты, такие как тошнота, потеря ориентации в пространстве и т.п. Долговременное пребывание в таких условиях вероятно может иметь не очень хорошие последствия для здоровья. Поэтому для создания комфортной силы тяжести космический корабль должен иметь радиус не менее десяти метров.
Подобные конструкции на текущем уровне развития технологий слишком дороги и не имеют большого смысла, однако вполне возможно в будущем при длительных межпланетных перелётах будут использоваться вращающиеся космические корабли.
Такой способ создания искусственной силы тяжести показан в фильмах: «Космическая одиссея 2001», «Марсианин» и многих других.
Подписывайтесь на наш канал здесь, а также на наш канал на youtube . Каждую неделю там выходят видео, где мы отвечаем на вопросы о космосе, физике, футурологии и многом другом!
Источник
Как создать гравитацию в космосе и почему её нет на МКС?
Космос таит в себе множество загадок, и мы лишь начали изучать его. И одной из проблем, которые предстоит решить в будущем, является гравитация. А что с ней не так, спросите вы?
А её нет! Вернее, не так. Гравитация есть всегда, мы испытываем её от Земли, Луны, Солнца, других звёзд и даже центра нашей галактики. Но сила притяжения, которая подходит нам, есть только на Земле.
И когда мы полетим на другие планеты или будем бороздить космос, как быть с гравитацией? Нужно создавать её искусственно.
Почему нам нужна определённая сила гравитации?
На Земле все организмы приспособились к силе притяжения, равной 9.8 м/с^2. Если она будет больше, то растения не смогут расти вверх, а мы постоянно будем испытывать давление, из-за чего наши кости будут ломаться, а органы разрушаться. А если она будет меньше, то у нас начнутся проблемы с доставкой питательных веществ в крови, ростом мышц и т.д.
Когда мы будем осваивать колонии на Марсе и Луне, то столкнёмся с проблемой пониженной гравитации. Наши мышцы частично атрофируются, приспособившись к местной силе притяжения. Но по возвращении на Землю у нас начнутся проблемы с хождением, перетаскиванием предметов и даже с дыханием. Именно настолько всё зависит от гравитации.
И у нас уже есть пример того, как это происходит — Международная Космическая Станция.
Космонавты на МКС и почему там нет гравитации
Те, кто посещает МКС, должны тренироваться на беговых дорожках и тренажёрах каждый день. Всё потому, что за время пребывания их мышцы теряют «хватку». В условиях невесомости не надо поднимать своё тело, можно расслабиться. Именно так думает организм.
На МКС нет гравитации не потому, что она находится в космосе. Расстояние от неё до Земли всего 400 километров, и сила притяжения на таком расстоянии лишь чуть-чуть меньше, чем на поверхности планеты. Но МКС не стоит на месте — она вращается по земной орбите. Она буквально постоянно падает на Землю, но её скорость настолько высока, что не даёт ей упасть. Именно поэтому космонавты и находятся в состоянии невесомости.
И всё же. Почему на МКС нельзя создать гравитацию? Это бы облегчило жизнь космонавтов в разы. Ведь они вынуждены тратить по несколько часов в день на физические упражнения только для поддержания формы.
Как создать искусственную гравитацию?
В научной фантастике давно создан концепт подобного космического корабля. Это огромное кольцо, которое должно постоянно вращаться вокруг своей оси. В результате этого центробежная сила «выталкивает» космонавта в сторону от центра вращения, и он будет воспринимать это как гравитацию.
Но проблемы возникают, когда мы сталкиваемся с этим на практике. Во-первых, нужно учесть силу Кориолиса — силу, возникающую при движении по кругу. Без этого нашего космонавта будет постоянно укачивать, а это не очень весело. В таком случае нужно ускорить вращение кольца на корабле до 2 оборотов в секунду, а это очень много, космонавту будет очень нехорошо. Чтобы решить эту проблему, нужно увеличить радиус кольца до 224 метров. Корабль размером в полкилометра! Мы уже недалеко от Звёздных Войн.
Вместо создания земной гравитации сначала мы создадим корабль с пониженной гравитацией, в котором останутся тренажёры. И лишь потом мы будем строить корабли с огроменными кольцами для сохранения гравитации.
Кстати, на МКС как раз собираются строить модули для создания гравитации. Сегодня учёные из Роскосмоса и NASA готовятся к отправке центрифуг на МКС, необходимых для создания искусственной гравитации там. Космонавтам больше не придётся тратить много времени на физические упражнения!
Проблема с гравитацией при больших ускорениях
Если мы хотим полететь к звёздам, то для путешествия к ближайшей Альфа Центавра А со скоростью в 99% от скорости света займёт 4.2 года. Но чтобы разогнаться до этой скорости, потребуется огромное ускорение. А значит, и огромные перегрузки, примерно в 1000-4000 раз больше земного притяжения. Такое не выдержать никому, и космический корабль с вращающимся кольцом должен быть просто гигантским, в сотни километров. Построить такое можно, но нужно ли?
К сожалению, мы до сих пор не до конца понимаем, как работает гравитация. И пока не придумали, как избежать эффекта таких перегрузок. Будем исследовать, проверять, изучать.
Понравилась статья? Ставь палец вверх и подписывайся на мой канал — там ещё множество научных тем: космос, химия, физика, технологии,изобретения и многое другое. Читай меня в телеграме ( Будни Учёного 2.0 ) и в Яндекс.Дзене ( Мир науки )!
Источник