گام به گام تا احداث يك پايگاه دائمي در ماه

سه سال بعد از مأموريت آپولو ۱۱ و فرود موفقيت‌‌آميز اولين انسان روي كره‌‌ي ماه در سال ۱۹۷۵، پخش مجموعه‌‌ي تلويزيوني «فضا : ۱۹۹۹» با محتوايي علمي تخيلي درمورد فضا آغاز شد. اين مجموعه روايتگر يك انفجار هسته‌اي بزرگ در سطح كره‌‌ي ماه بود كه به‌‌دنبال آن، كل سياره به‌‌همراه يك مستعمره‌ي بين‌المللي قمري با بيش از ۳۰۰ نفر سرنشين از مدار خود خارج شد و همگي در فضاي بي‌‌كران سرگردان شدند.

گويا اين سريال تلويزيوني در آن زمان تاثير آشكاري بر روياهاي جواني به نام ايلان ماسك داشت؛ چراكه وقتي بنيان‌‌گذار اسپيس‌‌ايكس (SpaceX) در اوت ۲۰۱۷، از طرح‌هاي خود براي احداث يك مستعمره‌‌ي اقماري روي سطح ماه پرده برداشت، او از اين مستعمره با نام «پايگاه قمري آلفا» ياد كرد؛ نامي كه به‌‌وضوح برگرفته از پايگاه خيالي روايت‌‌شده در سريال يادشده بود.

اما اسپيس‌‌ايكس تنها شركتي نيست كه قصد دارد پاي انسان‌ها را به ماه باز كند. آژانس فضايي چين با نام CNSA (اداره‌‌ي ملي فضايي چين) نيز اندكي پس از فرود موفقيت‌‌آميز كاوشگر چانگ‌‌اي ۴ در نيمه‌‌ي پنهان ماه، مراحل بعدي مأموريت‌هاي اكتشافي خود را در ماه اعلام كرده ‌است.

هرگونه اقامتگاه مستقر روي ماه بايد تا حدامكان زيرزمين ساخته شود تا از گزند تشعشعات كيهاني در امان بماند

مأموريت‌‌هاي چانگ‌‌اي ۵ و چانگ‌‌اي ۶ به نمونه‌‌برداري از خاك ماه اختصاص خواهند يافت و مامويت چانگ‌‌اي ۷ نيز تحقيقات خود را در قطب جنوب اين قمر آغاز خواهد كرد. اين بخش از ماه به‌‌علت دارا بودن يخ، از لحاظ امكان سكونت‌‌پذيري اهميت بالايي دارد. همان‌‌گونه كه وو يانهوآ، نائب‌‌رئيس CNSA در ژانويه‌‌ي امسال اظهار كرد:

ما اميدواريم كه چانگ‌‌اي ۸ در آزمايش برخي تكنولوژي‌ها و انجام پاره‌‌اي از كاوش‌‌ها مفيد واقع شود تا نهايتا بتوانيم يك ايستگاه مشترك در ماه با مشاركت ساير كشورها داير كنيم.

چين تنها كشوري نيست كه چنين رؤياي جاه‌‌طلبانه‌‌اي را در سر مي‌‌پروراند. هم‌‌اكنون با گذر ۵۰ سال از فرود اولين انسان روي ماه، ايده‌‌ي عملياتي‌‌سازي ايجاد يك پايگاه روي سطح ماه در حال مطالعه است. طنز ماجرا اين است كه ايالات‌متحده‌‌ي آمريكا تنها كشوري بوده كه تاكنون توانسته پاي خود را روي ماه بگذارد؛ اما حالا گويا اين كشور از برنامه‌‌ي ساير كشورها عقب افتاده است. اين كشور تا اوت ۲۰۱۸ از طرح ايجاد پايگاه‌‌هاي دائمي خود روي ماه رونمايي نكرد. تمركز اصلي ناسا تا آن زمان روي مريخ بود. حتي آژانس فضايي اروپا (ESA) نيز در اين عرصه يك گام از آمريكا پيش بود.

دهكده‌‌ ماه

در سال ۲۰۱۶، آژانس فضايي اروپا طرح‌هايي را براي احداث يك پايگاه دائمي در ماه اعلام كرد. اين سازمان كه زيرانديشه متخصصين مديريت جديد خود، جَن وُرنر اداره مي‌‌شود، انديشه متخصصينات نويني براي احداث يك دهكده‌‌ي قمري ارائه كرده كه قرار است جمعيتي متنوع از دانشمندان گرفته تا هنرمندان و نيز سازمان‌هاي عمومي و خصوصي در آن اسكان يابند. هدف از چنين پروژه‌‌اي مي‌تواند پژوهش‌‌هاي ستاره‌‌شناسي، مقاصد گردشگري يا اكتشاف زمين‌شناسي براي استخراج مواد معدني ناياب در سطح زمين باشد.

آريل اكبلاو، بنيان‌‌گذار مؤسسه‌‌ي تحقيقات اكتشاف فضايي در MIT  روي ايده‌‌ي «دموكراسي‌‌سازي فضا» كار مي‌‌كند و براي نائل‌‌شدن به اين هدف، گروه‌هاي پژوهشي متفاوتي را از روباتيك و زيست‌‌عصب‌‌شناسي مصنوعي گرفته تا معماري، هنر، فضا و طراحي گرد هم آورده ‌است.

در ابتدا همه با بهت و حيرت به من نگاه كردند. اما براي من بسيار مسرت‌‌بخش بود كه اندك علاقه‌‌‌اي را براي فعاليت پيرامون ماه مي‌‌ديدم.

برخلاف ناسا كه يك سياست منع همكاري با چين را در سفرهاي فضايي دنبال مي‌‌كند، آژانس فضايي اروپا با CNSA همكاري نزديكي دارد. كولي مي‌‌گويد: «در سال گذشته، فضانورداني ازسوي ما با نام‌‌هاي متيز مارر و سامانتا كريستوفورتي با همكاران چيني خود در عمليات بقا و نجات در دريا همكاري داشتند.»

نمونه طرح مفهومي از ساختار يك پايگاه قمري آژانس فضايي اروپا

ناسا قصد دارد تا سال ۲۰۳۰ فضانوردان را در سطح ماه فرود آورد و در حال برنامه‌ريزي براي ساخت يك سكوي مدارگرد ماه به‌نام گيت‌‌وي است. شركت‌هاي خصوصي نيز حركت به‌‌سوي ماه را نشانه گرفته‌‌اند. به‌‌عنوان مثال، شركت بلو اوريجين (blue origin) درحال همكاري با OHB و MT Aerospace  است تا بتواند كشتي‌‌فضايي باري خود را براي فرود روي سطح ماه آماده كند. اما فارغ ازاينكه كدام سازمان يا نهادي زودتر بتواند به ماه برسد، اولويت اصلي، بقا در آنجا خواهد بود. طولاني‌ترين مدتي كه انسان‌ها تاكنون توانسته‌‌اند روي ماه دوام بياورند، تنها سه روز بوده است. شرايط محيطي اين قمر، براي اقامت طولاني‌‌تر چندان دلپذير نيست.

مقصدگزيني در ماه

دماي سطح ماه بين ۱۲۷- تا ۱۷۳- درجه‌‌ي سانتي‌‌گراد متغير است. به‌‌علاوه در آنجا با معضلاتي نظير تشعشعات كيهاني و نيز گرانش كم (حدود يك‌‌ششم گرانش زمين) مواجه‌‌ايم. هر روز در ماه نيز معادل ۱۰ روز زميني است كه به‌‌معني زندگي در چرخه‌هاي دو هفته‌اي از روشنايي و تاريكي متوالي خواهد بود. اين قضيه به‌‌خصوص درمورد متخصصد انرژي خورشيدي بسيار حائز اهميت است. هر فناوري‌‌ معرفي‌‌شده براي يك پايگاه قمري بايد قابليت كار در چنين شرايطي را داشته باشد.

ما دستورالعمل‌ها و قوانين را در ماه ميلادي آينده تبيين خواهيم كرد. اين رقابت پنج سال طول خواهد كشيد؛ زيرا هدف از مسابقه‌‌ي ماه آن است كه به بهترين ايده براي اسكان روي ماه دست يابيم.

نمونه‌هاي اوليه از فناوري‌‌هاي منتخب براي آزمايش تحت شرايط واقعي راهي يك مأموريت به ماه خواهند شد. مأموريت‌هاي موردانديشه متخصصين عمدتا ازسوي آژانس‌هاي فضايي انجام خواهند شد كه يكي از آن‌ها براي سال ۲۰۲۴ يا ۲۰۲۵ برنامه‌‌ريزي شده است.

خانه‌‌سازي در ماه

برخلاف مدل‌‌هاي مفهومي از پايگاه‌‌هاي قمري در داستان‌‌هاي علمي‌‌تخيلي، مدل‌‌هاي واقعي ما بسيار ساده‌‌تر و ابتدايي‌‌تر خواهند بود. سفر به ماه هزينه‌‌ي زيادي دربردارد. هرچه محموله‌‌هاي اعزامي ما سنگين‌تر باشند، سوخت مصرفي ما نيز بيشتر خواهد بود و هزينه‌‌ها بالاتر خواهند رفت. بنابراين، ساختن اقامتگاه‌‌هاي فضايي با استفاده از منابع موجود در ماه رويكردي منطقي خواهد بود. در ماه اين امكان وجود دارد كه بتوانيم از مجراهاي گدازه‌‌هايي كه در طول فعاليت‌‌هاي آتش‌‌فشاني ماه در گذشته‌‌ي دور شكل‌گرفته‌اند، به‌‌عنوان پناهگاه استفاده كنيم. ضمن اينكه، امكان دسترسي به يخ نيز در زير سطح ماه وجود خواهد داشت. اما اولويت اول آن است كه بتوانيم بااستفاده از خاك رگوليت در ماه (شن بازالتي خاكستري‌‌رنگ موجود در سطح ماه كه شباهت زيادي با شن‌‌هاي آتشفشاني زمين دارد) يك زيستگاه بسازيم.

درصورت مكانيزسيون عمليات ساخت‌وساز در ماه، ساخت پايگاه‌ها در زمان كوتاه‌تري ممكن خواهد شد

پروفسور ماتياس اسپرل از دانشگاه كلن درحال همكاري با آژانس فضايي آلمان (DLR) است تا از پودر سنگ‌‌هاي آتش‌‌فشاني براي ساخت آجر استفاده كند. اين پودر با استفاده از فرآيندي به نام «سينترينگ» انسجام مي‌‌يابد؛ فرايندي كه در آن از تمركز نور خورشيد يا ليزر براي پيوند‌‌دادن مواد استفاده مي‌‌شود. او از چاپگرهاي سه‌‌بعدي براي ساخت آجر در اشكال مختلف استفاده كرد تا ببينند كداميك از اين انواع كارايي بهتري دارند. اسپرل مي‌‌گويد:

آنچه كه ما مي‌توانيم با تكنيك‌ها و شكل‌هاي كنوني بسازيم، قطعات ساختماني قفل‌‌شونده‌‌اند. آنچه ما مي‌‌سازيم، «لِگو» نيستند، ولي مي‌‌توان گفت به‌‌نوعي آجرهاي قفل‌‌شونده محسوب مي‌شوند.

اين آجرها به‌‌شكل سازه‌‌اي نظير ايگلو (كلبه‌‌ي اسكيمويي) چيده مي‌‌شوند و سپس از بالا در مقابل فشارهاي اضافي تقويت مي‌‌شوند. اين تقويت‌‌سازي با قرارگيري يك لايه‌‌ از خاك رگوليت با ضخامت يك متر روي سقف سازه‌‌ها ميسر مي‌‌شود؛ بدين ترتيب يك لايه‌‌ي محافظ طبيعي دربرابر تشعشعات كيهاني نيز به‌‌وجود مي‌‌آيد؛ ضمن اينكه به‌‌دليل عدم وزش باد در سطح ماه، امكان جابجايي اين لايه به اطراف وجود نخواهد داشت. اسپرل در ادامه مي‌‌گويد:

براي شروع فرايند سينترينگ خاك ماه و در ادامه چاپ سه‌‌بعدي آجرهاي موردنياز، به يك لنز بزرگ با ابعاد يك مترمربع يا بزرگتر نياز داريم تا بتوانيم نور خورشيد را به‌‌اندازه‌‌ي كافي متمركز كنيم. پس از اين مرحله، نياز به يك فضانورد يا احتمالا يك ربات خواهيم داشت تا با چيدن اين آجرها دركنار يكديگر، بتوانيم زيستگاه‌‌ها را بسازيم.

براي ساخت هر آجر تقريبا پنج ساعت زمان لازم است. بنابراين ساخت ۱۰ هزار آجر موردنياز يك ايگلو، ماه‌‌ها زمان خواهد برد.

سفر به ماه و ساخت پايگاه در ماه، دو مأموريت كاملا متفاوت هستند

اگر لنزهاي بيشتري به‌‌كار گرفته شوند و عمليات ساخت‌‌وساز نيز مكانيزه شود، امكان كاهش زمان توليد وجود خواهد داشت؛ اين برنامه كاملا عملي است. اسپرل مي‌‌افزايد:

رگوليت موجود در ماه مي‌‌تواند سازه‌‌هايي با مقاومتي مشابه با انواع بتني ايجاد كند. فناوري‌‌هاي فعلي تنها امكان رسيدن به يك‌‌پنج مقاومت نهايي را فراهم مي‌‌كند؛ يعني مقاومتي مشابه با گچ؛ بنابراين سرمايه‌گذاري بيشتري براي رسيدن به حداكثر مقاومت ممكن نياز است.

مرحله‌ي بعدي افزايش مقياس است. خوشبختانه قرار است فرايند ساخت‌‌وساز در سال جاري روي يكي از تاسيسات قمري آژانس فضايي اروپا آغاز شود كه مي‌تواند به آماده‌سازي فناوري‌‌ها و زندگي روي ماه كمك كند.

بقا

پيش‌‌تر شواهدي مبني بر وجود آب به‌شكل يخ در نواحي قطبي ماه تشخيص داده شد كه نهايتا اين شواهد در اوت سال گذشته ازسوي ناسا نيز مورد تأييد قرار گرفت. با اين تفاسير احتمال مي‌‌رود كه پايگاه‌‌هاي قمري نيز در اين نقاط واقع شوند. به همين دليل است كه سطح‌نشين يوتو ۲ متعلق به مأموريت چانگ‌‌اي ۴ نيز هم‌‌اكنون در حال جمع‌آوري اطلاعات در حوضچه‌‌ي Aitken در قطب جنوب ماه است. يخ‌‌هاي سطحي ماه مي‌‌توانند در دهانه‌‌هاي آتشفشاني دور از نورخورشيد يا در زير زمين يافت شوند.

اكسيژن موردنياز براي تنفس نيز مي‌‌تواند از درون رگوليت كره‌‌ي ماه استخراج شود. محتمل‌ترين منبع براي استخراج اين عنصر، ايلمنيت (FeTiO3) است كه در تركيب با هيدروژن در دماي حدود ۱۰۰۰ درجه سانتي‌‌گراد، بخار آب توليد مي‌كند. پس از جمع‌‌آوري اين بخارآب، بايد هيدروژن و اكسيژن جداسازي شوند.

فرود سطح‌نشين چانگ‌اي ۴ روي ماه آغازي دوباره براي مأموريت‌هاي اكتشافي در تنها قمر زمين بود

انرژي

براي زندگي روي ماه، فناوري‌‌هاي نوين انرژي نقشي كليدي خواهند داشت. پيل‌هاي سوختي مورد استفاده در زمين از واكنش شيميايي بين هيدروژن و اكسيژن (موجود در اتمسفر) براي توليد الكتريسيته و آب (به‌‌عنوان محصول جانبي) بهره مي‌‌برند. در ماه هيچ اتمسفري وجود ندارد؛ بااين‌‌حال، مواد موردنياز چنين واكنشي در آنجا نيز يافت مي‌‌شوند. كولي كه در حال توسعه‌‌ي اين فناوري‌‌هاي جديد است، مي‌گويد:

شما مي‌توانيد آبي را كه در سطح ماه يافت مي‌‌شود، تجزيه كرده و در طول شب با بازتركيب [عناصر سازنده‌ي] آن‌‌، انرژي الكتريكي مورد نياز خود را تأمين كنيد. طي روز ما مقادير زيادي انرژي خورشيدي در اختيار داريم كه مي‌‌توانيم از مازاد اين انرژي براي تجزيه‌‌ي آب به عناصر اكسيژن و هيدروژن بهره ببريم. بنابراين مي‌‌توانيم از آن به‌‌عنوان يك ابزار منحصر‌‌به‌‌فرد طي مأموريت‌‌هاي بلندمدت روي ماه استفاده كنيم.

همچنين در ماه امكان ذخيره‌‌سازي انرژي حرارتي (در فرايندي مشابه‌‌ با پمپ‌‌هاي حرارتي) وجود خواهد داشت. كولي مي‌‌گويد:

روي ماه، خبري از جريان‌‌هاي همرفتي نظير باد نيست؛ بنابراين گرماي جذب‌‌شده از خورشيد در خاك رگوليت باقي مي‌‌ماند. ما مي‌توانيم با بهره‌‌گيري از يك لنز يا آينه، نور خورشيد را روي خاك متمركز كنيم و از آن به‌‌عنوان منبعي براي گرمايش پايگاه‌‌ها يا توليد برق استفاده كنيم.

آنگاه كه اين فناوري‌‌ها تكميل شوند و براي كار در شرايط محيطي ماه مورد آزمايش قرار گيرند، فضانوردان قادر خواهند بود پايگاهي براي ما روي ماه بسازند. آينده‌‌هاي دوردست را فراموش كنيد؛ همه‌‌ي اين اتفاقات قرار است خيلي زودتر از آنچه كه تصور مي‌‌كنيد، تحقق يابند.