L'umanità è pronta a costruire una base lunare o alla ricerca della luce e dello spazio

2024 Autore: Seth Attwood | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-16 16:08

Sull'obelisco sopra la tomba del nostro grande connazionale K. E. Tsiolkovsky cita le sue parole da manuale: "L'umanità non rimarrà per sempre sulla Terra, ma, alla ricerca della luce e dello spazio, all'inizio penetra timidamente oltre l'atmosfera, quindi conquista l'intero spazio solare".

Per tutta la vita, Tsiolkovsky ha sognato il futuro cosmico dell'umanità e con lo sguardo curioso di uno scienziato ha scrutato i suoi fantastici orizzonti. Non era solo. L'inizio del ventesimo secolo per molti fu la scoperta dell'Universo, sebbene visibile attraverso il prisma delle delusioni scientifiche di quel tempo e la fantasia degli scrittori. L'italiano Schiaparelli ha aperto i "canali" su Marte - e l'umanità si è convinta che esiste una civiltà su Marte. Burroughs e A. Tolstoy hanno abitato questo Marte immaginario con abitanti simili a persone, e dopo di loro centinaia di scrittori di fantascienza hanno seguito il loro esempio.

I terrestri sono semplicemente abituati all'idea che ci sia vita su Marte e che questa vita sia intelligente. Pertanto, la chiamata di Tsiolkovsky a volare nello spazio è stata accolta se non immediatamente con entusiasmo, ma, in ogni caso, con approvazione. Sono passati solo 50 anni dai primi discorsi di Tsiolkovsky, e nel paese a cui ha dedicato e trasmesso tutte le sue opere, è stato lanciato il Primo Satellite e il Primo Cosmonauta è volato nello spazio.

Sembrerebbe che tutto andrà oltre secondo i piani del grande sognatore. Le idee di Tsiolkovsky si rivelarono così brillanti che il più famoso dei suoi seguaci - Sergei Pavlovich Korolev - costruì tutti i suoi piani per lo sviluppo della cosmonautica in modo che nel ventesimo secolo un piede umano mettesse piede su Marte. La vita ha apportato le sue correzioni. Ora non siamo molto sicuri che una spedizione con equipaggio su Marte avrà luogo almeno fino alla fine del 21° secolo.

Probabilmente, non si tratta solo di difficoltà tecniche e circostanze fatali. Qualsiasi difficoltà può essere superata con la saggezza e la curiosità della mente umana, se le viene proposto un compito degno. Ma non esiste un compito del genere! C'è un desiderio ereditato di volare su Marte, ma non c'è una chiara comprensione: perché? Se guardi più a fondo, questa è una domanda che si pone tutta la nostra astronautica con equipaggio.

Tsiolkovsky ha visto nello spazio spazi aperti non sfruttati per l'umanità, che sta diventando angusta sul loro pianeta natale. Queste distese devono, ovviamente, essere padroneggiate, ma prima è necessario studiare a fondo le loro proprietà. Mezzo secolo di esperienza nell'esplorazione dello spazio mostra che molto, molto può essere esplorato da dispositivi automatici senza rischiare il valore più alto dell'universo: le vite umane. Mezzo secolo fa, questa idea era ancora oggetto di controversie e discussioni, ma ora, quando la potenza dei computer e le capacità dei robot si avvicinano ai limiti umani, questi dubbi non hanno più luogo. Negli ultimi quarant'anni, veicoli robotici hanno esplorato con successo la Luna, Venere, Marte, Giove, Saturno, i satelliti planetari, gli asteroidi e le comete, e i Voyager e i Pioneer americani hanno già raggiunto i confini del sistema solare. Sebbene i piani delle agenzie spaziali includano talvolta rapporti sulla preparazione di missioni con equipaggio nello spazio profondo, finora non è stato espresso alcun problema scientifico in essi, per la cui soluzione è assolutamente necessario il lavoro dei cosmonauti. Quindi lo studio del sistema solare può essere continuato automaticamente per molto tempo.

Torniamo, in fondo, al problema dell'esplorazione dello spazio. Quando la nostra conoscenza delle proprietà degli spazi cosmici ci consentirà di iniziare ad abitarli e quando saremo in grado di rispondere da soli alla domanda: perché?

Lasciamo per il momento la questione del fatto che c'è molta energia nello spazio, di cui l'umanità ha bisogno, e molte risorse minerali, che nello spazio, forse, saranno ottenute più economiche che sulla Terra. Entrambi sono ancora sul nostro pianeta e non sono il valore principale dello spazio. La cosa principale nello spazio è ciò che è estremamente difficile per noi fornire sulla Terra: la stabilità delle condizioni di vita e, in definitiva, la stabilità dello sviluppo della civiltà umana.

La vita sulla Terra è costantemente esposta ai rischi di disastri naturali. Siccità, inondazioni, uragani, terremoti, tsunami e altri disordini non solo causano danni diretti alla nostra economia e al benessere della popolazione, ma richiedono energia e costi per ripristinare ciò che è andato perduto. Nello spazio, speriamo di sbarazzarci di queste minacce familiari. Se troviamo altre terre in cui i disastri naturali ci lasciano, allora questa sarà la "terra promessa" che diventerà una degna nuova casa per l'umanità. La logica dello sviluppo della civiltà terrena porta inevitabilmente all'idea che in futuro, e forse non così lontano, una persona sarà costretta a cercare al di fuori del pianeta Terra un habitat che possa ospitare la maggior parte della popolazione e garantire la continuazione del suo vita in condizioni stabili e confortevoli.

Questo è ciò che K. E. Tsiolkovsky, quando disse che l'umanità non rimarrà per sempre nella culla. Il suo pensiero curioso ci ha disegnato immagini attraenti della vita in "insediamenti eterei", cioè in grandi stazioni spaziali con un clima artificiale. I primi passi in questa direzione sono già stati compiuti: su stazioni spaziali abitate permanentemente abbiamo imparato a mantenere condizioni di vita quasi familiari. È vero, l'assenza di gravità rimane un fattore sgradevole in queste stazioni spaziali, una condizione insolita e distruttiva per gli organismi terrestri.

Tsiolkovsky immaginò che l'assenza di gravità potesse essere indesiderabile e suggerì di creare gravità artificiale negli insediamenti eterei mediante la rotazione assiale delle stazioni. In molti progetti di "città spaziali" questa idea è stata ripresa. Se guardi le illustrazioni per il tema degli insediamenti spaziali su Internet, vedrai una varietà di tori e ruote a raggi, smaltate su tutti i lati come serre terrene.

Si può capire Tsiolkovsky, all'epoca del quale la radiazione cosmica era semplicemente sconosciuta, che propose di creare serre spaziali aperte alla luce solare. Sulla Terra, siamo protetti dalle radiazioni dal potente campo magnetico del nostro pianeta natale e da un'atmosfera abbastanza densa. Il campo magnetico è virtualmente impenetrabile per le particelle cariche espulse dal sole - le getta via dalla Terra, consentendo solo a una piccola quantità di raggiungere l'atmosfera vicino ai poli magnetici e creare aurore colorate.

Le odierne stazioni spaziali abitate si trovano in orbite situate all'interno di cinture di radiazioni (in realtà trappole magnetiche), e questo consente agli astronauti di rimanere nella stazione per anni senza ricevere dosi pericolose di radiazioni.

Laddove il campo magnetico terrestre non protegge più dalle radiazioni, la radioprotezione dovrebbe essere molto più seria. Il principale ostacolo alla radiazione è qualsiasi sostanza in cui viene assorbita. Se assumiamo che l'assorbimento della radiazione cosmica nell'atmosfera terrestre riduca il suo livello a valori di sicurezza, allora nello spazio aperto è necessario racchiudere i locali abitati con uno strato di materia della stessa massa, cioè ogni centimetro quadrato dell'area dei locali dovrebbe essere coperto con un chilogrammo di materia. Se prendiamo la densità della sostanza di copertura pari a 2,5 g / cm3 (rocce), lo spessore geometrico della protezione dovrebbe essere di almeno 4 metri. Anche il vetro è una sostanza silicata, quindi per proteggere le serre nello spazio esterno, hai bisogno di vetro spesso 4 metri!

Sfortunatamente, le radiazioni spaziali non sono l'unica ragione per abbandonare progetti allettanti. All'interno, sarà necessario creare un'atmosfera artificiale con la solita densità dell'aria, cioè con una pressione di 1 kg / cm2. Quando gli spazi sono piccoli, la forza strutturale del veicolo spaziale può resistere a questa pressione. Ma enormi insediamenti con un diametro di decine di metri di locali abitati, in grado di resistere a tale pressione, saranno tecnicamente difficili, se non impossibili, da costruire. La creazione di gravità artificiale per rotazione aumenterà anche in modo significativo il carico sulla struttura della stazione.

Inoltre, il movimento di qualsiasi corpo all'interno della "ciambella" rotante sarà accompagnato dall'azione della forza di Coriolis, creando grandi disagi (ricordate le sensazioni dell'infanzia sulla giostra del cortile)! E infine, le stanze grandi saranno molto vulnerabili ai colpi di meteoriti: è sufficiente rompere un vetro in una grande serra per far uscire tutta l'aria da esso e gli organismi al suo interno morirebbero.

In una parola, gli "insediamenti eterei", a un attento esame, si rivelano sogni impossibili.

Forse non è stato invano che le speranze dell'umanità fossero associate a Marte? È un pianeta abbastanza grande con una gravità abbastanza adatta, Marte ha un'atmosfera e persino cambiamenti stagionali del tempo. Ahimè! Questa è solo una somiglianza esteriore. La temperatura media sulla superficie di Marte è mantenuta a -50 ° C, in inverno fa così freddo che persino l'anidride carbonica si congela e in estate non c'è abbastanza calore per sciogliere il ghiaccio d'acqua.

La densità dell'atmosfera marziana è la stessa di quella terrestre a un'altitudine di 30 km, dove nemmeno gli aeroplani possono volare. È chiaro, ovviamente, che Marte non è in alcun modo protetto dalle radiazioni cosmiche. Per finire, Marte ha terreni molto deboli: è sabbia, che anche i venti di aria marziana sottile fanno esplodere in estese tempeste, o la stessa sabbia che è congelata con ghiaccio in una roccia dall'aspetto solido. Solo su una tale roccia non si può costruire nulla e i locali sotterranei non saranno un'uscita senza il loro affidabile rafforzamento. Se i locali sono caldi (e le persone non vivranno nei palazzi di ghiaccio!), il permafrost si scioglierà e i tunnel crolleranno.

Molti "progetti" dell'edificio marziano prevedono il posizionamento di moduli residenziali già pronti sulla superficie di Marte. Queste sono idee molto ingenue. Per proteggersi dalle radiazioni cosmiche, ogni stanza deve essere coperta con uno strato di quattro metri di controsoffitti. In poche parole, copri tutti gli edifici con uno spesso strato di terreno marziano e poi sarà possibile viverci. Ma per cosa vale la pena vivere per Marte? Dopotutto, Marte non ha quella stabilità di condizioni desiderata, che già ci manca sulla Terra!

Marte continua a preoccupare le persone, anche se nessuno spera di trovare la bella Aelith su di esso, o almeno i suoi simili. Su Marte si cercano soprattutto tracce di vita extraterrestre per capire come e in quali forme nasce la vita nell'Universo. Ma questo è un compito esplorativo e per la sua soluzione non è affatto necessario vivere su Marte. E per la costruzione di insediamenti spaziali, Marte non è affatto un luogo adatto.

Forse dovresti prestare attenzione ai numerosi asteroidi? Apparentemente, le condizioni per loro sono molto stabili. Dopo il grande bombardamento di meteoriti, che tre miliardi e mezzo di anni fa, trasformò le superfici degli asteroidi in campi di crateri grandi e piccoli a causa dell'impatto di meteoriti, agli asteroidi non è successo nulla. Nelle viscere degli asteroidi si possono costruire tunnel abitabili e ogni asteroide può essere trasformato in una città spaziale. Non ci sono molti asteroidi abbastanza grandi per questo nel nostro sistema solare - circa un migliaio. Quindi non risolveranno il problema della creazione di vaste aree abitabili al di fuori della Terra. Inoltre, tutti avranno un doloroso inconveniente: negli asteroidi la gravità è molto bassa. Naturalmente, gli asteroidi diventeranno fonti di materie prime minerali per l'umanità, ma sono completamente inadatti alla costruzione di abitazioni a tutti gli effetti.

Quindi, è davvero lo spazio infinito per le persone uguale all'oceano infinito senza un pezzo di terra? Tutti i nostri sogni delle meraviglie dello spazio sono solo sogni d'oro?

Ma no, c'è un luogo nello spazio dove le favole possono essere realizzate e, si potrebbe dire, è completamente nelle vicinanze. Questa è la Luna.

Di tutti i corpi del sistema solare, la luna ha il maggior numero di meriti dal punto di vista dell'umanità che cerca stabilità nello spazio. La luna è abbastanza grande da avere una gravità notevole sulla sua superficie. Le rocce principali della luna sono basalti solidi, che si estendono per centinaia di chilometri sotto la superficie. La Luna non ha vulcanismo, terremoti e instabilità climatiche, poiché la Luna non ha mantello fuso nelle profondità, né aria né acqua oceanica. La luna è il corpo spaziale più vicino alla Terra, rendendo più facile per le colonie sulla luna fornire assistenza di emergenza e ridurre i costi di trasporto. La luna è sempre rivolta verso la Terra da un lato, e questa circostanza può essere molto utile in molti modi.

Quindi, il primo vantaggio della Luna è la sua stabilità. È noto che su una superficie illuminata dal sole, la temperatura sale a + 120 ° C e di notte scende a -160 ° C, ma allo stesso tempo, già a una profondità di 2 metri, le cadute di temperatura diventano invisibili. Nelle viscere della luna, la temperatura è molto stabile. Poiché i basalti hanno una bassa conduttività termica (sulla Terra, la lana di basalto viene utilizzata come isolamento termico molto efficace), è possibile mantenere qualsiasi temperatura confortevole nei locali sotterranei. Il basalto è un materiale a tenuta di gas e all'interno delle strutture di basalto è possibile creare un'atmosfera artificiale di qualsiasi composizione e mantenerla senza troppi sforzi.

Il basalto è una roccia molto dura. Sulla Terra ci sono rocce basaltiche alte 2 chilometri e sulla Luna, dove la forza di gravità è 6 volte inferiore a quella terrestre, le pareti di basalto sosterrebbero il loro peso anche a un'altezza di 12 chilometri! Di conseguenza, è possibile costruire sale con un'altezza del soffitto di centinaia di metri nelle profondità del basalto, senza utilizzare elementi di fissaggio aggiuntivi. Pertanto, nelle profondità lunari, puoi costruire migliaia di piani di edifici per vari scopi, senza utilizzare altri materiali, ad eccezione del basalto lunare stesso. Se ricordiamo che la superficie lunare è solo 13,5 volte inferiore alla superficie terrestre, allora è facile calcolare che l'area delle strutture sotterranee sulla Luna può essere decine di volte più grande dell'intero territorio occupato da tutta la vita si forma sul nostro pianeta natale dalle profondità degli oceani alle cime delle montagne. ! E tutte queste premesse non saranno minacciate da disastri naturali per miliardi di anni! Promettente!

Occorre, ovviamente, pensare subito: cosa fare del terreno estratto dalle gallerie? Far crescere cumuli di rifiuti alti chilometri sulla superficie della Luna?

Si scopre che qui si può proporre una soluzione interessante. La luna non ha atmosfera e il giorno lunare dura mezzo mese, quindi un sole caldo splende continuamente ovunque sulla luna per due settimane. Se focalizzi i suoi raggi con un grande specchio concavo, la temperatura nel punto di luce risultante sarà quasi la stessa della superficie del Sole - quasi 5000 gradi. A questa temperatura, quasi tutti i materiali conosciuti fondono, compresi i basalti (si fondono a 1100 ° C). Se i trucioli di basalto vengono versati lentamente in questo punto caldo, si scioglierà e da esso è possibile fondere strato per strato di pareti, scale e pavimenti. Puoi creare un robot da costruzione che lo farà secondo il programma stabilito in esso senza alcuna partecipazione umana. Se un tale robot viene lanciato sulla luna oggi, allora il giorno in cui la spedizione con equipaggio arriverà su di esso, i cosmonauti avranno, se non palazzi, almeno alloggi confortevoli e laboratori che li aspettano.

La semplice costruzione di spazio sulla luna non dovrebbe essere fine a se stessa. Questi locali saranno necessari per la vita delle persone in condizioni confortevoli, per l'insediamento di imprese agricole e industriali, per la creazione di aree ricreative, autostrade, scuole e musei. Solo prima devi ottenere tutte le garanzie che le persone e gli altri organismi viventi che sono migrati sulla Luna non inizieranno a degradarsi a causa di condizioni non del tutto familiari. Prima di tutto, è necessario indagare in che modo l'esposizione a lungo termine a gravità ridotta influenzerà gli organismi di diversa natura terrestre. Questi studi saranno su larga scala; è improbabile che esperimenti in provetta riescano a garantire la stabilità biologica degli organismi per molte generazioni. È necessario costruire grandi serre e voliere e condurre osservazioni ed esperimenti in esse. Nessun robot può farcela: solo i ricercatori stessi saranno in grado di notare e analizzare i cambiamenti ereditari nei tessuti e negli organismi viventi.

Prepararsi alla creazione di colonie autosufficienti a pieno titolo sulla Luna è il compito obiettivo che dovrebbe diventare un faro per il movimento dell'umanità verso l'autostrada del suo sviluppo sostenibile.

Oggi, molto nella costruzione tecnica degli insediamenti abitati nello spazio non ha una chiara comprensione. L'alimentazione in condizioni di spazio può essere fornita semplicemente dalle stazioni solari. Un chilometro quadrato di pannelli solari, anche con un'efficienza del solo 10%, fornirà una potenza di 150 MW, anche se solo durante un giorno lunare, cioè la produzione media di energia sarà la metà. Sembra che sia poco. Tuttavia, secondo le previsioni per il consumo mondiale di elettricità nel 2020 (3,5 TW) e la popolazione mondiale (7 miliardi di persone), il terrestre medio ottiene 0,5 kilowatt di energia elettrica. Se procediamo dalla solita fornitura media giornaliera di energia per un abitante di una città, diciamo 1,5 kW a persona, allora una tale centrale solare sulla Luna sarà in grado di soddisfare i bisogni di 50 mila persone - abbastanza per una piccola colonia lunare.

Sulla Terra, usiamo una parte significativa della nostra elettricità per l'illuminazione. Sulla Luna molti schemi tradizionali saranno radicalmente cambiati, in particolare gli schemi di illuminazione. Le stanze sotterranee sulla luna dovrebbero essere ben illuminate, specialmente la serra. Non ha senso produrre elettricità sulla superficie lunare, trasferirla negli edifici sotterranei e poi convertire nuovamente l'elettricità in luce. È molto più efficiente installare concentratori di luce solare sulla superficie della Luna e illuminare i cavi in fibra ottica da essi. Il livello della tecnologia odierna per la produzione di guide luminose consente di trasmettere la luce quasi senza perdite per migliaia di chilometri, quindi non dovrebbe essere difficile trasmettere la luce dalle regioni illuminate della luna attraverso un sistema di guide luminose a qualsiasi stanza sotterranea, commutando concentratori e guide luminose seguendo il movimento del sole attraverso il cielo lunare.

Nelle prime fasi della costruzione di una colonia lunare, la Terra può essere un donatore delle risorse necessarie per la sistemazione degli insediamenti. Ma molte risorse nello spazio saranno più facili da estrarre che da consegnare dalla Terra. I basalti lunari sono composti per metà da ossidi metallici: ferro, titanio, magnesio, alluminio, ecc. Nel processo di estrazione dei metalli dai basalti estratti nelle miniere e nelle gallerie, si otterrà ossigeno per varie esigenze e silicio per guide di luce. Nello spazio esterno è possibile intercettare comete contenenti fino all'80% di ghiaccio d'acqua e garantire l'approvvigionamento idrico degli insediamenti da queste abbondanti fonti (ogni anno fino a 40.000 mini-comete che vanno dai 3 ai 30 metri sorvolano il Terra a non più di 1,5 milioni di km da essa).

Siamo fiduciosi che nei prossimi tre-cinque decenni la ricerca sulla creazione di insediamenti sulla luna dominerà i promettenti sviluppi dell'umanità. Se diventa chiaro che sulla luna possono essere create condizioni confortevoli per la vita umana, la colonizzazione della luna per diversi secoli sarà il percorso della civiltà terrena per garantire il suo sviluppo sostenibile. In ogni caso, non ci sono altri corpi più adatti a questo nel sistema solare.

Forse niente di tutto questo accadrà per una ragione completamente diversa. L'esplorazione dello spazio non è solo esplorarlo. L'esplorazione dello spazio richiede la creazione di rotte di trasporto efficienti tra la Terra e la Luna. Se una tale autostrada non appare, l'astronautica non avrà futuro e l'umanità sarà condannata a rimanere entro i confini del suo pianeta natale. La tecnologia missilistica, che consente il lancio di apparecchiature scientifiche nello spazio, è una tecnologia costosa e ogni lancio di missili è anche un enorme onere per l'ecologia del nostro pianeta. Avremo bisogno di una tecnologia economica e sicura per lanciare un carico utile nello spazio.

In questo senso, la Luna è per noi di eccezionale interesse. Poiché è sempre rivolto verso la Terra con un lato, dal centro dell'emisfero rivolto verso la Terra, puoi allungare un cavo dell'ascensore spaziale fino al nostro pianeta. Non lasciarti intimidire dalla sua lunghezza: 360 mila chilometri. Con uno spessore del cavo in grado di sopportare una cabina di 5 tonnellate, il suo peso totale sarà di circa mille tonnellate - si adatterà tutto a diversi dumper da miniera BelAZ.

Il materiale per il cavo della resistenza richiesta è già stato inventato: si tratta di nanotubi di carbonio. Hai solo bisogno di imparare a renderlo privo di difetti lungo l'intera lunghezza della fibra. Naturalmente, l'ascensore spaziale deve muoversi molto più velocemente delle sue controparti terrestri e anche molto più velocemente dei treni e degli aeroplani ad alta velocità. Per fare ciò, il cavo dell'ascensore lunare deve essere coperto con uno strato di superconduttore, quindi la cabina dell'ascensore può spostarsi lungo di esso senza toccare il cavo stesso. Quindi nulla impedirà alla cabina di muoversi a qualsiasi velocità. Sarà possibile accelerare la cabina a metà strada e frenarla a metà. Se allo stesso tempo viene utilizzata l'accelerazione "1 g", che è consuetudine sulla Terra, l'intero viaggio dalla Terra alla Luna impiegherà solo 3,5 ore e la cabina sarà in grado di effettuare tre voli al giorno. I fisici teorici sostengono che la superconduttività a temperatura ambiente non è proibita dalle leggi della natura e molti istituti e laboratori in tutto il mondo stanno lavorando alla sua creazione. A qualcuno possiamo sembrare ottimisti, ma secondo noi l'ascensore lunare potrebbe diventare realtà in mezzo secolo.

Abbiamo qui considerato solo alcuni aspetti dell'enorme problema della colonizzazione spaziale. Un'analisi della situazione nel sistema solare mostra che solo la luna può diventare l'unico oggetto accettabile di colonizzazione nei prossimi secoli.

Sebbene la Luna sia più vicina alla Terra di qualsiasi altro corpo nello spazio, è imperativo avere i mezzi per raggiungerla per colonizzarla. Se non ci sono, la Luna rimarrà irraggiungibile come la grande terra per Robinson, bloccata su una piccola isola. Se l'umanità avesse a disposizione molto tempo e risorse sufficienti, non c'è dubbio che supererebbe qualsiasi difficoltà. Ma ci sono segnali allarmanti di un diverso sviluppo degli eventi.

I cambiamenti climatici su larga scala, sotto i nostri occhi, stanno cambiando le condizioni di vita delle persone sull'intero pianeta, potrebbero in un futuro molto prossimo costringerci a dirigere tutte le nostre forze e risorse verso la sopravvivenza elementare in nuove condizioni. Se il livello degli oceani del mondo aumenta, sarà necessario occuparsi del trasferimento di città e terreni agricoli in aree non sviluppate e inadatte all'agricoltura. Se i cambiamenti climatici portano a un raffreddamento globale, sarà necessario risolvere il problema non solo del riscaldamento delle abitazioni, ma anche del congelamento di campi e pascoli. Tutti questi problemi possono portare via tutte le forze dell'umanità e quindi potrebbero semplicemente non essere sufficienti per l'esplorazione dello spazio. E l'umanità rimarrà sul suo pianeta natale come da sola, ma l'unica isola abitata nel vasto oceano dello spazio.