Colonisació de la Lluna

Representació d'una possible colónia llunar.

La colonisació de la Lluna és una proposta per al establiment permanent de comunitats de sers humans en la Lluna. El assentament permanent sobre un cos planetari distint a la Terra ha segut un dels temes centrals de la ciència ficció, pero en l'alvanç de la tecnologia, l'idea de la colonisació de l'espai és un objectiu factible i profitós que s'està convertint en alguna cosa realiste. Coincidint en l'inici de el XXI, totes les grans potències han iniciat programes per a anar a la Lluna entorn a la década de 2020, en aspiracions cap a Mart una década despuix.

Per la seua rodalia a la Terra, alguns defensors de la exploració espacial estan convençuts de que la colonisació llunar és el següent pas llògic en l'expansió del ser humà, puix les dificultats tecnològiques i econòmiques d'abastir una base llunar des de la Terra són relativament senzilles en comparació a una base marcianana.

Història

L'idea d'ubicar una colónia en la Lluna és anterior a l'era espacial: en el llibre De la Terra a la Lluna, escrit en 1865 pel francés Juliol Verne, es relata una aventura similar a la que ocorrerà en la realitat un sigle més vesprada. En el terreny científic, i encara en el XIX, el físic rus Konstantín Tsiolkovski va ser un dels primers en sugerir una colónia llunar, en un esperit que va resumir en la frase:

La Terra és el breçol de l'humanitat, pero no podem viure per a sempre en un breçol.

Konstantín Tsiolkovski

La colonisació es va iniciar en els primers satèlits orbitales d'exploració llunar: el primer objecte fet pel ser humà que va conseguir tocar la superfície del nostre satèlit va ser la sonda soviètica Lluna 2, en octubre de 1959. La primera sonda nortamericana, la Ranger 7, tardaria 5 anys més. Pero d'un modo més estricte, es podria considerar com a inici de la colonisació el 20 de juliol de 1969; data del primer alunizaje d'un ser humà, efectuat per l'astronauta nortamericà Neil Armstrong a bordo del Apolo 11. No obstant, des de la cancelació del programa Apolo en 1972, cap humà s'ha aventurat novament fòra de l'òrbita terrestre.

A pesar de el "abandó" temporal de la Carrera espacial despuix del fi de la Guerra Freda, des de finals de el XX han sorgit diversos proyectes, enfocats cap a costs més baixos i assumibles per als presuposts aeroespacials. La mentalitat ha migrado des del pla "Mars Direct" dels anys 1990, al "Moon First" (Primer la lluna). La NASA ha anunciat que l'establiment d'una colónia permanent en la lluna serà el seu objectiu prioritari, i per a conseguir-ho s'ha plantejat un proyecte internacional que involucrarà a uns 15 països. Un dels primers proyectes que s'han posat en marcha el programa Constelació, que inclou del desenroll de la nau Orión i de les eixides de llançament Llaures I, Llaures IV i Llaures V. Potències com Rússia, China, Europa, Japó o l'Índia han mostrat el seu interés pel proyecte llunar, i les agències espacials nortamericana, europea i japonesa estan reclutant nous astronautes. Mentrestant, multitut de missions d'exploració estan ya en marcha o en procés de desenroll, com la Chang'i 1 chinenca, la SELENE japonesa, la Chandrayaan-1 índia, les LCROSS i GRAIL nortamericanes, o la MoonLITE britànica.

A nivell privat també han sorgit iniciatives per a fomentar el desenroll de tecnologies que permeten colonisar el nostre satèlit. Entre elles destaca el Google Llunar X Prize, vigent des de 2007, que premiarà en 20 millons de dólarés al primer equip que conseguixca enviar a la Lluna un rover capaç de desplaçar-se 500 m i transmetre despuix vídeo i imàgens a la Terra.

Objeccions a la base llunar

El programa espacial és extraordinàriament car. Alguns analistes opinen que el programa Apolo que va dur a el home a la Lluna va ser una "anomalia" històrica deguda a una alliniació puntual de les forces polítiques, que varen fer de la Lluna el destí, i que quan este va ser alcançat, eixes forces varen escomençar a divergir.

A pesar de que el discurs oficial de la NASA apunta al programa llunar, alguns científics consideren que la Lluna no és ya un objectiu prioritari de l'Agència, i existix consens en que la bonança econòmica és un prerrequisito per a l'èxit d'un programa tan ambiciós. El fet de que Michael Griffin, un dels adalides del programa llunar, haja abandonat el seu càrrec com a administrador de la NASA, ha segut interpretat com un síntoma de que potser les dates anunciades per les distintes administracions siguen més una declaració d'intencions que un calendari realiste.

Pero les objeccions no són solament econòmiques: En una reunió de 2008, el Comité Nacional d'Investigació (NRC) nortamericana va advertir que els perillosos nivells de radiació espacial podrien descartar una missió a Mart, aixina com missions a llarc determini a la Lluna, i va instar a donar la màxima prioritat a l'estudi de les conseqüències biològiques de la radiació. També hi ha dubtes sobre la capacitat de les noves eixides Llaures I i Llaures V per a enviar la nau Orión a la Lluna, lo que podria ocasionar la cancelació del programa de les llançadores.

Atres científics opinen que en l'actual estat de la tecnologia, la presència humana en la Lluna o en atres planetes és innecessària i precipitada, argumentant que de les cinc raons principals per a anar a l'espai (descobriments científics, aplicacions comercials, seguritat nacional, prestigi geopolític i supervivència de l'espècie) solament l'última requerix indispensablemente humans.

Per últim, i despuix de l'eixida del president Bush, principal impulsor del proyecte llunar, a inicis de 2009, és possible que la política gire novament cap a l'opció marcianana, en detriment de la base llunar.

Ventages i desventages de la Lluna

A diferència de lo que succeiria en una colónia ubicada en l'espai exterior, l'assentament sobre un cos natural com la Lluna proporcionarà una abundant font de materials per a la construcció aixina com per a atres usos, com la protecció front a la radiació còsmica i solar. Pero hi ha més emplaçaments possibles per a una colónia, tals com Mart o algun asteroide propenc. Respecte a estos possibles emplaçaments, la Lluna oferix tant ventages com a desventages:

Ventages

Les ventages de l'opció llunar deriven de la seua rodalia a la Terra. Descontant alguns asteroides que passen ocasionalment més prop, la Lluna és el cos més propenc a la Terra, orbitando a una distància mija de 384.400 quilómetros. Esta és una distància constant i, en térmens astronòmics, reduïda. Esta proximitat presenta vàries ventages:

L'energia requerida per a enviar objectes des de la Terra és inferior a la necessària per a uns atres cossos celests.

La duració del recorregut és curta: els astronautes del Apolo varen fer el viage en tres dies, i lloc que s'usaran eixides químiques similars, a lo manco durant les pròximes décades es tardarà un temps semblat en fer el viage. La curta duració del recorregut també permetrà accions d'emergència per a alcançar ràpidament la colónia, o una evacuació i tornada a la Terra relativament ràpides en cas d'urgència. Esta és una consideració important a el hora d'establir una primera colónia.

El retart en les comunicacions d'anada i regrés entre la Terra i la Lluna és de menys de tres segons, permetent una comunicació casi a temps real i la videoconferència. El retart per a atres cossos del sistema solar és de minuts o hores; per eixemple, el temps que tarda una senyal en el seu viage d'anada i regrés entre la Terra i Mart varia de huit a quaranta minuts. Açò de nou serà particularment valiós en una primera colónia, a on poden ocórrer problemes que requerixquen l'ajuda des de la Terra. (Vore, per eixemple, el cas del Apolo 13).

Sobre la cara visible de la Lluna, la Terra apareix gran i és sempre visible, 60 voltes més lluenta que la Lluna vista des de la Terra. Pel contrari, en ubicacions més distants, la Terra seria vista simplement com un punt més, com es veuen els demés planetes des de la Terra. Per tant, una colónia llunar es percebrà menys remota a la Terra.

Desventages

Erro al crear miniatura:

La cara amagada de la Lluna, vista des de satèlit. Els problemes de comunicació en La Terra des d'un hipotètic assentament en esta cara podrien solucionar-se en satèlits de comunicació.

L'absència d'atmòsfera en la Lluna constituïx la seua major desventaja, pero no és l'única:

La llarga nit llunar, de casi 15 dies terrestres, impedirà l'abastiment a partir d'energia solar, i requerirà una colónia dissenyada per a soportar temperatures extremes. Els periodos d'obscuritat també dificultaran les collites d'aliments. Una excepció a esta restricció són els picos de llum eterna localisats en el pol nort llunar, que sempre estan banyats per la llum del sol. La vora del Cràter Shackleton, cap al pol sur llunar, també té un allumenament casi permanent.

Seguix existint incertitut sobre si la baixa gravetat sobre la Lluna (d'un sext de la terrestre)  és suficient per a previndre efectes perjudicials per a la salut humana a llarc determini. S'ha demostrat que l'exposició a l'ingravidez durant periodos d'un més deteriora certs sistemes fisiològics, ocasionant pèrdues de massa òssea i muscular, i la depressió del sistema immunològic. Es desconeix si efectes similars podrien ocórrer en un ambient de baixa gravetat, puix pràcticament tota l'investigació sobre salut s'ha llimitat a condicions de gravetat nula. La pràctica d'una rutina agressiva d'eixercici diari ha provat ser a lo manco parcialment eficaç en la prevenció dels efectes deletéreos de la baixa gravetat.

L'absència d'una atmòsfera aïllant origina temperatures extremes i crea unes condicions superficials similars al buit espacial. La Lluna també carix de magnetosfera, per lo que la seua superfície queda exposta a casi la mitat de la radiació sofrida en l'espai interplanetario (l'atra mitat és bloquejada per la pròpia lluna baix la colónia). Encara que els materials llunars poden servir d'escut contra la radiació mentres es permaneixca en la colónia, serà molt més problemàtic protegir-se durant expedicions a l'exterior. Cap humà ha passat més de 7 dies fòra de la protecció de la magnetosfera terrestre, i un informe de 2008 del Consell Nacional d'Investigació nortamericana advertix del perill de la radiació, en risc de càncer i envelliment prematur dels teixits. Una de les estratègies en desenroll per a evitar este problema és la creació de chicotetes magnetosfera artificials, tant en les naus com en la pròpia base llunar.

També l'inexistència d'atmòsfera aumenta les possibilitats d'impacte de meteorits sobre la colónia. Inclús chicotets cudols i pols tenen potencial per a danyar o destruir estructures insuficientment protegides. Açò deurà ser pres en conte a el hora de plantejar explotacions mineres o derrocaments, puix les partícules generades poden viajar grans distàncies sense que fricció alguna puga aminorar la seua velocitat inicial. L'absència d'atmòsfera també dificultarà la refrigeració de la maquinària, puix el buit és el millor aïllant tèrmic.

La superfície de la lluna està composta en gran mida per una pols vidrioso i sumament abrasivo denominat regolito. Este material s'adherix a tot, podent danyar els equips i ser perjudicial per a la salut. Una colónia en la Lluna necessitarà desenrollar una tecnologia "resistent al regolito".

La Superfície de la Lluna està composta per mars de basalt, i conté metals i oxigen, pero poc carbono. Encara que hi ha indicis d'existència d'hidrogen, per a cultivar caldria enriquir el sol en elements llaugers com a carbono, nitrogen i fòsfor. Ademés el oxigen, a pesar d'estar present en el regolito, es troba associat a uns atres elements dins de minerals. Extraure-ho requeriria una infraestructura industrial prou complexa que precisaria molta energia. Alguns o tots estos elements llaugers són necessaris per a generar aire respirable, aigua, aliment, o combustible per a les eixides, tot la qual cosa tindria que ser importat des de la Terra fins que atres alternatives foren desenrollades. Açò llimitarà el creiximent de la colónia i la mantindrà dependent de la Terra. Per a evitar este problema s'estudia la possibilitat d'utilisar bactèries capaces de trencar la roca llunar per mijos bioquímics, una alternativa molt més econòmica que els métodos industrials tradicionals. També s'ha sugerit reduir el desproveïment d'estos elements construint l'última etapa de les naus de suministrament en materials tals com fibra de carbono o uns atres plàstics, per a després reciclar-los en elements útils per a la vida, si ben no es coneixen estudis per a posar en marcha esta solució, el desenroll de la qual carrejaria nous problemes tecnològics.

La escassea d'aigua és també un dels principals arguments esgrimits contra l'elecció de la Lluna en lloc de Mart. Encara que la presència d'aigua en la lluna ya ha segut demostrada, la seua concentració és molt baixa; menor inclús que l'existent en els deserts més àrits de la Terra. Este problema no afecta a Mart, que dispon d'aigua relativament abundant i fàcil d'extraure.

Localisacions

Un lloc alvançat llunar deuria complir estos tres criteris:

Bones condicions per a operacions de transport.
Un gran número d'objectes naturals, i traces d'interés científic.
Recursos naturals, com a oxigen, ya que l'abundància de certs minerals varia dràsticament sobre la superfície llunar.

Les ubicacions potencials per a una colónia llunar es dividixen en tres àmplies categories:

Regions polars

Les regions més estudiades per a establir una colónia són els pols. Hi ha dos motius pels que els pols llunars són atractius com a ubicacions per a una colónia humana: en primer lloc, hi ha indicis que l'aigua pot estar present en àrees permanentment protegides del sol. En segon lloc, perque l'eix de rotació de la Lluna és casi perfectament perpendicular al pla de la eclíptica. Això fa possible l'existència de picos de llum eterna banyats ininterrompudament pel sol, que permeten l'abastiment energètic de colónies exclusivament en l'energia solar. Les estacions de colecció d'energia poden dispondre's de modo que en tot moment a lo manco una reba la llum del sol. Alguns llocs tenen llum del sol casi contínua, com la montanya Malapert, localisada prop del cràter Shackleton, en el pol sur llunar. Este emplaçament està sent molt estudiat, puix oferix vàries ventages:

Està expost al sol la major part del temps; els panels solars rebrien energia de manera casi contínua.

La seua proximitat al Cràter Shackleton (116 quilómetros) podria proporcionar comunicacions al cràter. Este cràter és potencialment valiós per a l'observació astronòmica. Un instrument infrarrojo es beneficiaria de les baixes temperatures, i un radiotelescopio de la protecció front a les interferències de radioespectro de la Terra.

El propenc Shoemaker i atres cràters estan en ombra profunda constant, i podrien contindre concentracions de hidrogen i atres elements volàtils.

Els seus prop de 5.000 metros d'altura oferixen una llínea de comunicació directa sobre un àrea extensa, aixina com en la Terra.

En el Pol Nort llunar, s'ha propost com a alternativa la vora del cràter Peary. L'examen d'imàgens de la missió Clementine sembla mostrar que parts de la vora de cràter estan permanentment allumenades per la llum del sol (en l'excepció dels eclipses llunars). Per lo que esperen que les temperatures permaneixquen molt estables en esta ubicació, en un promig de -50 °C. Açò és comparable en les condicions de hivern en el pol, en Siberia, o en algunes parts de l'Antàrtida, a on la NASA ha realisat proves per al disseny de l'assentament llunar. L'interior del cràter Peary també podria albergar depòsits de hidrogen, si ben este extrem està sense confirmar.

Regions equatorials

Les regions llunars equatorials provablement tenen les concentracions més altes d'heli-3 degut a que en esta latitut el vent solar té un major àngul d'incidència. El Heli 3 és un element rar sobre la Terra, pero molt buscat en l'investigació de la fusió nuclear. La zona equatorial també és ventajosa a el hora de realisar llançaments en òrbita, si be esta ventaja és lleu per l'escàs impuls generat per la llenta rotació del satèlit.

Vàries sondes han alunizado en l'àrea del Oceanus Procellarum. Hi ha moltes àrees i traces que podrien ser objecte d'estudi a llarc determini, com l'anomalia de Reiner Gamma i el cràter obscur Grimaldi.

Cara oculta

La cara amagada carix de comunicació directa en la Terra, encara que un satèlit de telecomunicacions en el punt de Lagrange L2, o una ret de satèlits orbitales, podria permetre la comunicació entre el costat amagat de la Lluna i la Terra. El costat amagat és també una bona ubicació per a un radiotelescopio per estar ben protegit de les interferències de la Terra.

Fins al moment, no s'ha realisat exploració del costat amagat, encara que s'estima que les concentracions més altes de heli 3 es trobaran en la cara amagada, ya que quan el satèlit orbita més prop de la Terra, el camp magnètic d'esta protegix parcialment la seua superfície del vent solar, pero la cara amagada està totalment exposta, rebent una major cantitat de corrent iònica.

El hàbitat

Les especulacions sobre una colónia llunar han estimulat l'imaginació i l'inventiva de numerosos ingeniers, científics, i escritors de ciència ficció. Existixen infinitat de propostes, encara que moltes d'elles (en part pel seu elevat presupost, o al caràcter especulatiu i poc factible dels dissenys), no tenen relació en les grans companyies aeronàutiques i aeroespacials, com la NASA o la ESA. Estos dissenys proponen estacions compostes per diversos habitàculs, aïllats o intercomunicados, albergant distintes funcions: laboratoris, habitàculs per al personal, hivernàculs, granges, zones de treball, etc.

El notable autor de ciència ficció Arthur C. Clarke va propondre en 1954 una base llunar de mòduls inflables protegits per una capa de regolito de pols llunar. Una nau espacial, montada en l'òrbita baixa de la Terra, seria llançada cap a la Lluna, i els astronautes establirien mòduls semblats a un iglú. Passos subsegüents inclourien l'establiment d'una cúpula permanent més gran, un purificador d'aire a pur de algues, un reactor nuclear per al recapte d'energia, i canons electromagnètics per a llançar càrrega i combustible a navío interplanetarios en espai.

En 1959, el doctor en física John S. Rinehart, va sugerir que el disseny més segur seria una estructura flotant en un oceà immòvil de pols. Algunes teories afirmen que podrien existir oceans de pols de més d'un quilómetro de profunditat sobre la Lluna. El disseny propost va consistir en mig cilindre en miges cúpules en els extrems, en un escut contra micrometeoritos colocat damunt de la base.

El proyecte Horisó també data de 1959: proponia un pla de l'eixèrcit nortamericà per a establir una fortalea sobre la Lluna cap a 1967. H. H. Koelle, un ingenier alemà d'eixides de l'Agència de Missils Balístics de l'eixèrcit (ABMA) conduïa l'estudi. El primer aterrisage seria realisat per dos "astronautes-soldat" en 1965, seguits per més treballadors de la construcció.

Els dissenys s'han anat perfilant notablement a lo llarc dels últims anys, a mida la tecnologia i el coneiximent sobre la Lluna ha anat creixent. Els hàbitats proposts s'estenen des de la simple nau espacial en els seus depòsits de combustible usats per a conformar el hàbitat, fins als mòduls inflables de vàries formes.

Característiques

Archiu:Lunar Base-1.jpg

Concepció artística d'una possible base llunar. (NASA).

Una base llunar deu tindre en conte estes característiques:

La gravetat és un sext de la terrestre.
La necessària pressió d'aire, deguda a l'absència d'atmòsfera.
La necessitat d'escuts, tant per a radiació (solar i còsmica) com para micrometeoritos.
Els efectes del buit sobre els materials de construcció.
La contaminació originada per la pols llunar.
Els elevats gradients de temperatura.

Ademés d'estos condicionants, la construcció deurà ser econòmicament viable, lo que fa convenient, si no imprescindible, utilisar materials autòctons. El regolito fos pot comportar-se com el basalt, creant estructures dèu voltes més resistents que el formigó habitual. No obstant, sembla molt poc provable que, a lo manco en unes primeres fases, siga factible l'utilisació de "formigons llunars".

Existix consens en que les etapes inicials de creació de hàbitats llunars casi en tota certea seran portades a terme per missions robòtiques: es construirà l'infraestructura i els sistemes de soport vital, en visites humanes durant curts periodos. Fins a la data, encara no s'ha decidit l'estructura de la base, no obstant, els hàbitats inicials seran provablement temporals, i per motius econòmics deurien ser de poc pes (potser unflables). S'estima que el cost de transport de cada quilo de material a la Lluna serà prohibitivo, rondant entre els 50.000 i 100.000 dólarés, per lo que una volta establida la primera colónia, qüestions econòmiques obligaran a plantejar l'us de materials autòctons per al seu posterior creiximent.

Tipologies

Archiu:Inflatable habitat s89 20084.jpg

Un mòdul llunar inflable. Concepció artística.

Encara no s'ha decidit la forma que adoptarà la primera base llunar, pero les principals alternatives es poden agrupar en tres estratègies:

Colónies enterrades

Una colónia subterrànea proporcionaria protecció contra la radiació i els micrometeoritos. Es calcula que serà necessària una capa d'a lo manco 2,5 metros de gruixa per a protegir als colon de la radiació. Estes no són les úniques ventages de l'opció subterrànea: la temperatura mija sobre la lluna és d'aproximadament -5 °C. El periodo de dia, de dos semanes de duració, té una temperatura mija d'aproximadament 107 °C, podent ascendir fins als 123 °C. Les dos semanes del periodo de nit, en canvi, presenten una temperatura mija d'aproximadament -153 °C. Baix terra, abdós periodos estarien al voltant de 24 °C; una temperatura similar a la terrestre.

Com a inconvenient, la construcció d'una base enterrada provablement seria més complexa, per la necessitat d'excavar. Les primeres màquines excavadores estarien dirigides per control remot des de la Terra. Una volta creada la depressió, seria necessària algun tipo d'estructura per a evitar la solsida; possiblement una substància pareguda al formigó, feta de materials autòctons. També es podria aplicar un material aïllant més poroso igualment fabricat "in situ". Com a alternativa a l'excavació, es podrien buscar possibles tubos formats per extintes colades de lava subterrànees.

Hàbitats en superfície

Archiu:Inflated lunar habitat outside.jpg

Mòdul inflable desenrollat per la NASA.

Provablement la solució més fàcil siga construir la base llunar sobre la superfície: una de les opcions més populars són els hàbitats inflables de tela. Pesen poc, i el seu format unflable sembla ideal per a albergar l'aire necessari dins del complex, donada l'absència d'atmòsfera en la Lluna. El problema fonamental és la seua feblea front a impactes fortuïts. Per a minimisar este risc, alguns dissenys plantegen habitàculs tancats en forma de coixins, que es podrien apilar, enterrar, o cobrir en regolito. També s'ha sugerit que la base siga protegida per atres mijos, com camps magnètics artificials per a proporcionar protecció front la radiació.

Un atre tipo d'estructures superficials són els dissenys modular, que es podrien montar en una òrbita baixa de la Terra i després desplaçar al satèlit, o ser erigits directament en la pròpia Lluna. Estos dissenys tenen la ventaja d'utilisar tecnologia existent i ya provada.

Per últim, també s'han propost bases mòvils, que permetrien paliar alguns dels problemes d'una base estàtica (com l'absència temporal de llum), pero que dificultarien atres (com les activitats agrícoles)

Construcció autòctona

L'alternativa a importar el hàbitat des de la terra és construir directament en materials llunars. Per a això caldria desenrollar un formigó llunar. El problema principal és l'escassea o inclús absència de l'aigua necessària per a fabricar dit material, per lo que s'estan buscant tipos de formigó en major contingut en sofre, molt abundant en la Lluna, que precisen menor cantitat d'aigua, o inclús cap en absolut, com el formigó llunar ideat en l'universitat d'Alabama. Este tipo de formigó utilisa sofre líquit en lloc d'aigua com conglomerante. Soporta pressions de 17 atmòsfera i endurix en solament una hora, encara que per a fabricar-ho caldria extraure el sofre del sol llunar i posteriorment calfar-ho a temperatures superiors a 130 °C. Un atre formigó llunar ha segut propost per Peter Chen, del Centre de vol espacial Goddard de la NASA. El material s'obté mesclant pols llunar en resina epoxi i nanotubos de carbono, i es podria utilisar puntualment per a estructures en elevades necessitats de resistència, permetent aforrar un 90% del transport sobre un material importat íntegrament des de la Terra.

Per a impermeabilizar l'interior dels habitàculs i evitar la pèrdua d'aire, el formigó deu ser impermeable al gas, o be es podrien usar làmines geotextil.

Dins dels dissenys construïts en material autòcton, un dels més prometedors és el tipo "hangar", una tipologia molt apropiada per a una estructura a pur de formigó, puix tota l'estructura estaria somesa a esforços de similar intensitat, podent aixina optimisar l'ocupació de material. Cal tindre en conte que les tensions principals de l'estructura no seran degudes al pes (la gravetat és comparativament molt baixa), sino a la pressió de l'atmòsfera interior front al buit exterior. Un disseny de hangar va ser propost per F. Ruess, J. Schänzlin i H. Benaroya en 2006.

Tamany

Si l'ocupació de la base va a ser prolongada o permanent, tindrà que ser mínimament confortable. Els "Estàndarts d'Integració de Sistemes Humans" (STD3000) de la NASA estimen que per a estàncies majors a 4 mesos, el volum de l'hàbitat no deu ser inferior a 20 m³ per persona; 35 voltes major que el disponible en les missions llunars dels anys 60. No obstant, el volum recomanat eleva la sifra a 120 m³, lo que equival al volum total de la Estació Espacial Internacional.

Les estàncies prolongades en espais reduïts poden tindre un important impacte sicològic en els colon: estos i atres efectes s'estan tractant de comprendre en diversos estudis, com el Biosfera 2, i també són objecte de conferències multidisciplinar com la Humans in Outer Space–Interdisciplinary Odysseys (Humans en l'espai exterior–Odissees interdisciplinàries), celebrada en 2006.

Urbanisme

Serà necessari pensar en les possibles ampliacions de creiximent: per a facilitar este procés, els mòduls deuen ser capaços d'adossar-se uns a uns atres. Es contemplen 5 patrons de creiximent: Llineal, Pati, Radial, Ramificado i Cúmul.

Energia

Archiu:Solardisk.jpg

Discs solars per a la creació d'energia

Una base llunar necessitarà grans cantitats d'energia, fonamentalment per a produir el propelente per a les eixides i mantindre els sistemes de soport vital. Existixen vàries alternatives:

Energia nuclear

Un reactor de fissió nuclear podria abastir la major part de les exigències d'energia de la base, o be podrien utilisar-se generadors termoelèctrics de radioisòtops com a fonts d'energia de reserva o emergència per a colónies abastides solarmente.

En un futur a llarc determini podrien amprar-se reactors de fusió, en la ventaja que el heli 3, provable combustible per a eixe tipo de reactors, és abundant sobre la Lluna. No obstant, els reactors de fusió són encara una tecnologia experimental, i no estaran disponibles en el moment de la colonisació.

Energia solar

La energia solar és el candidat més fort: podria ser una font relativament barata per a una base llunar. No obstant, la llarga nit llunar de 14 dies és un sério inconvenient. Est és un dels motius pels que l'assentament s'està plantejant en els pols, a on este problema podria solucionar-se construint vàries centrals elèctriques, de modo que a lo manco una d'elles estiga sempre a la llum. S'han plantejat atres dos possibilitats: deixar els panels en l'òrbita i emetre l'energia per mig de microones, o construir una série de centrals intercomunicadas i repartides per la superfície llunar. Abdós opcions presenten sérios problemes, puix els panels en òrbita són molt ineficientes, i l'instalació estesa molt cara. No obstant, i lloc que les matèries primeres necessàries per a la producció dels panels solars poden ser extretes de la Lluna, en un futur a llarc determini no es pot descartar la successiva colonisació de la superfície gràcies a este últim método.

Pot ser més ventajós prescindir de la tecnologia fotovoltaica i fer us de la gran diferència de temperatures entre zones de sol i d'ombra per a controlar generadors motorisats per calor. La llum del sol concentrada també podria ser transmesa via espills i usada en motors Stirling, o inclús podria usar-se eixa llum directament per a l'allumenament, l'agricultura i generació de calor. La calor enfocada (concentrat) també podria ser amprat per a extraure distints elements de les roques llunars superficials.

Almagasenage d'energia

Colónies llunt dels pols i sense energia nuclear necessitaran sistemes d'almagasenage d'energia durant la llarga nit llunar. Una possibilitat consistix en utilisar l'energia solar per a convertir aigua en hidrogen i oxigen, i després usar els gasos almagasenats per a abastir cèlules de combustible o motors de combustió interna durant la nit.

Les cèlules de combustible del Transbordador espacial han funcionat de forma fiable fins a 17 dies seguits, mentres que sobre la Lluna solament serien necessaris 13,7 dies (la llongitut de la nit llunar). Les cèlules de combustible produïxen aigua directament com a residu. La tecnologia actual de cèlula de combustible està més alvançada que les cèlules de la Llançadora, que ampren el sistema PEM (intercanvi de protón per membrana). Les cèlules actuals produïxen prou menys calor (són més eficients), i són físicament més llaugeres, per lo que resulten més econòmiques de llançar des de la Terra.

Aliments

Un assentament permanent provablement inclourà hivernàculs per a cultivar menjar per als colon. El creiximent de collites sobre la Lluna afronta molts desafius difícils per la llarga nit llunar, les variacions extremes de temperatura, l'exposició a la radiació, l'absència d'aigua i elements llaugers com el carbono, fòsfor o nitrogen, o l'absència d'insectes per a la polinisació.

S'han propost vàries solucions per als llarcs periodos d'obscuritat, incloent l'ocupació de llum artificial per a mantindre les plantes durant la nit, pero l'ocupació d'allumenament elèctric per a compensar l'absència de llum natural podria ser difícil, puix una hectàrea de cultiu sobre la Terra goja d'un pico de 10 megavats d'energia solar al migdia, una cantitat d'energia a priori difícil de conseguir. Els experiments portats a terme pel programa de vols espacials soviètic en els anys 70 sugerixen que seria possible cultivar collites convencionals en 15 dies de llum i 15 dies de cicle obscur. També s'ha sugerit l'ocupació de collites de creiximent ràpit, que podrien ser començades com plantones en la llum artificial, i haver creixcut lo suficient per a sobreviure al final d'un dia llunar. La disposició dels cultius en el Pol Nort, constantment allumenat, seria un modo de defugir este problema.

Per l'absència d'atmòsfera, les plantes tindrien que ser cultivades en cambres sagellades. Els experiments han mostrat que les plantes poden prosperar en pressions molt més baixes que les de la Terra, encara que no es coneix el seu comportament en situacions de baixa gravetat, ni cóm seran afectades per la radiació.

Una estimació va sugerir que una granja espacial de mija hectàrea podria alimentar a 100 persones. Està en marcha un proyecte per a dur un primer hivernàcul a la Lluna en el 2014.

Una atra interessant opció que s'està estudiant és l'ocupació d'unes resistents cianobacterias, capaces de créixer en el sol llunar. Estes bactèries solament necessiten aigua i llum per a descompondre la roca i extraure d'ella els recursos necessaris. Si es confirma esta possibilitat, els colon podrien dispondre de combustible i fertilisant sense necessitat d'importar-ho de la Terra.

Aigua

Artícul principal → Aigua llunar.

Un dels majors problemes que planteja una base en la Lluna és l'escassea d'aigua. L'existència i concentració d'este element en la superfície del nostre satèlit va ser objecte de debat durant l'última década de el XX i la primera de el XXI.

La controvèrsia sobre l'aigua

Durant molt temps es va especular en l'idea de que podrien existir depòsits d'aigua en forma de gèl, protegits en les zones d'ombra permanent d'alguns cràters propencs als pols. En 1994 esta creència va ser encorajada per les senyes arreplegades per la sonda nortamericana Clementine, que va donar indicacions positives de gèl d'aigua en una de les depressió fredes coneguda com Cràter Shackleton, en el pol sur llunar. No obstant, alguns científics varen qüestionar la validea d'eixes senyes, basant-se en els registres dels radars terrestres.

En 1999, el espectrómetro de neutrons de la sonda Llunar Prospector va descobrir forts traces d'hidrogen en el cràter, i es va estimar que si este hidrogen estiguera en forma de gèl d'aigua, el metro superior de la Lluna podria contindre uns 200 millons de tonellades d'este líquit. No obstant, eixe hidrogen també podria ser frut del continu bombardeig del vent solar sobre la superfície llunar, en el cas de la qual estaria disociado en forma de protones. En 2007 el satèlit japonés SELENE no va trobar depòsits de gèl d'aigua exposts en el cràter, per lo que es va pensar que l'explicació del vent solar podria ser finalment la correcta.

A pesar dels resultats de la SELENE, atres estudis afirmaven haver trobat traces d'esta molècula atrapades en el regolito llunar, encara que provablement en cantitats no superiors a les 200 ppm.

Per una atra part, estudis de les Universitats de Glasgow i Durham basats en mostres de roca llunar, varen deduir que els cràters polars a ampara del Sol podrien albergar concentracions de gèl de fins a 10 grams per quilogram de roca.

En la finalitat d'aclarir l'incògnita sobre la presència d'aigua en la Lluna, en 2009 es va llançar la missió nortamericana LCROSS, que en impactar en la superfície llunar va evaporar més de 100 litros d'aigua, rebujant aixina definitivament els dubtes sobre l'existència d'este element en el nostre satèlit.

Disponibilitat d'aigua

A pesar de que finalment s'haja demostrat la seua presència, l'escassea de l'aigua present en el satèlit pot fer inútil la seua extracció: molts investigadors opinen que en tan baixa concentració, l'extracció d'este element reglotaria en créixens el cost d'importar-ho directament des de la Terra; un cost estimat en 20.000 dólars el quilo.

A pesar d'això, se seguixen estudiant alternatives, com la possibilitat de fabricar aigua a partir del hidrogen i l'oxigen presents en la superfície llunar: en 2009, un sistema d'obtenció d'oxigen a partir d'òxits metàlics presents en la Lluna va entrar en fase d'experimentació en resultats prometedors.

Atres possibles solucions al problema de l'aigua es plantegen a més llarc determini: en 2006 l'Observatori Keck va anunciar que l'asteroide binario troyano 617 Patroclus, i gran cantitat d'atres objectes en l'òrbita de Júpiter provablement estiguen composts de gèl, i que també pot haver gèl en abundància més prop, en el planeta nano Ceres. S'ha sugerit que podria ser pràctica en un futur l'importació d'elements des d'estes regions, a través d'una "Ret Interplanetaria de Transport", encara que és molt improvable que tal opció estiga disponible per a una colónia llunar a mig determini.

No obstant, en març de 2010 la NASA va trobar prop de 600 millons de tonellades mètriques d'aigua prop del pol nort llunar, en la qual cosa podria solucionar-se l'aprovisionament d'aigua en futures bases. ^{cita requerida}

Transport

De la Terra a la Lluna

Fins al moment s'han amprat eixidas convencionals per a l'exploració llunar. La ESA va amprar la missió SMART-1 per al reconeiximent llunar des de 2003 fins a 2006. La NASA usarà eixides químiques sobre el seu propulsor Llaures V, i el Mòdul d'Accés Llunar Superficial, que es desenrolla per a la tornada a la Lluna, planificat al voltant de 2019. Atres astronautes vitals de l'instalació seran duts en la nau Orión de la NASA.

Sobre la superfície

Archiu:Lunar rover concept drawing s94 27631.jpg

Un rover llunar sent descarregat. Concepció artística.

Els colon llunars necessitaran moure's llargues distàncies, transportar càrrega i personal entre els mòduls i la nau espacial, i realisar estudis científics sobre una gran àrea de la superfície llunar, i deuran ser capaces de realisar estes activitats durant llarcs periodos. Els vehículs proposts inclouen una gran varietat de dissenys, des de chicotets rover oberts, a grans mòduls presurizados en l'equip de laboratori.

Els rovers podrien ser útils si el terreny no és massa escarpado o montanyós. Fins a 2009, els únics rovers que han transitat sobre la superfície llunar són el Vehícul Llunar Errante (LRV) del programa Apolo, desenrollat per Boeing, i els dos Lunojod robòtics soviètics. El LRV era un rover obert per a una tripulació de dos membres, tenia un radi d'acció de 180 quilómetros i alcançava una velocitat màxima de 14 km/h, no podent alluntar-se més de 9,6 km del mòdul llunar per motius de seguritat, mentres que els vehículs soviètics, guiats per control remot des de la Terra, no varen superar els 37 km de recorregut a una velocitat màxima de 2 km/h. Els soviètics havien dissenyat també un model tripulat denominat L5: el vehícul estava presurizado, tenia capacitat per a 3 tripulants, i desenrollaria una velocitat de 20 km/h, pero el programa espacial rus es va cancelar ans que poguera entrar en servici.

Per a la tornada en 2020, la NASA ha desenrollat el laboratori mòvil llunar, un rover presurizado per a dos persones en un radi d'acció de 1000 quilómetros, que permetrà viages de fins a dos semanes fòra de la base llunar, encara que atres països plantegen dissenys alternatius o complementaris al model nortamericà.

Els vehículs de rodes semblen els més indicats per a desplaçaments individuals, pero poden experimentar problemes de tracció, i alcen excessiva pols. El 20% de la pols llunar és menor a 0.02 mm,, i pot provocar problemes mecànics, de visibilitat, i de salut.

Per a àrees difícils, un vehícul capaç de volar pot ser més convenient. Bell Aerosystems va propondre el seu disseny per a Vehícul de Vol Llunar com a part d'un estudi per a la NASA. El vehícul volador també presentarà, no obstant, el problema de la pols. Atres opcions que s'han barallat en els camins de relogito fos (que dependrien de l'existència d'abundants cantitats d'energia per a la seua construcció), o els cables elevats entre bases, a modo de telefèrics.

En un futur més a llarc determini, si s'establiren múltiples bases sobre la superfície llunar, podrien comunicar-se per vies férrees permanents. S'ha propost tant la levitación convencional com a magnètica (el Maglev) com a sistemes de transport. Els sistemes de MagLev són en particular atractius, puix no hi ha cap atmòsfera per a reduir la velocitat del tren, per lo que els vehículs podrien alcançar velocitats comparables a les de l'avió en Terra. Una diferència significativa dels trens llunars, no obstant, és que els coches tindrien que estar sagellats individualment, i posseirien els seus propis sistemes de soport vital.

De la superfície a l'espai

Archiu:Lunar base concept drawing s78 23252.jpg

Una base llunar en una catapulta electromagnètica. (L'allargada estructura que es pert en el horisó) NASA.

Una base llunar necessitarà modos eficients de transportar persones i mercaderies entre la Terra i la Lluna i, més alvance, des d'i cap a atres llocs de l'espai interplanetario. Una ventaja de la Lluna és la seua dèbil gravetat, que fa més fàcil el llançament de mercaderies. No obstant, l'absència d'atmòsfera supon tant ventages com a desventages, puix facilita el llançament al no haver resistència per aerofrenado, pero per idèntic motiu fa necessari transportar combustible extra per a aterrisar. Una opció econòmica per a mercaderies consistix en envoldre la càrrega útil en sistemes que absorbixquen impacte, alguna cosa que ya va ser intentat en el programa Ranger. Esta estratègia pot ser encara més eficient si les proteccions es fabriquen en els elements llaugers absents en la Lluna, que després podrien ser reutilisats.

L'atre problema recurrent per l'absència d'atmòsfera és la perillosa pols de regolito alçat per les eixides durant el seu envolament i aterrisage. S'han propost dos alternatives per a acondicionar la zona d'envolament: cobrir l'àrea solament en material rocós, o rodejar-l'en un mur de protecció. La NASA ha finançat un programa conjunt entre l'empresa Astrobotic Technology i l'Institut de Robòtica de la Universitat Carnegie Mellon per al disseny d'uns vehículs robòtics, del tamany d'un cortacésped i pes menor de 300 kg, que s'encarregarien d'alçar un mur de 2,5 m d'altura entorn a una zona de llançament de 50 metros de costat. Els autors del proyecte calculen que els robots tardarien 6 mesos en realisar la tasca. Per a construir el mur no es contempla l'us de conglomerantes; en lloc d'això, s'compactar el material per mig de pressió i vibració, o si el tamany de les roques no és suficientment gran (10-15cm), es transportaran malles externes o teles geotextilés a modo de sacs per a contindre el material.

També s'han propost atres métodos més especulatius per al transport de materials a l'espai:

Una catapulta electromagnètica: un llançador de proyectils magnéticamente accelerat. La càrrega seria arreplegada en òrbita o en un dels punts de lagrange del sistema Terra-Lluna per una llançadora que propulsada per motors iònics, vés-les solars o atres mijos, i l'entregaria a la Terra o en algun moment a atres destins, potser sent el nodo d'una Ret Interplanetaria De Transport.
Un ascensor espacial llunar: si alguna volta és construït, podria transportar persones, matèries primeres i productes des d'i cap a una estació orbital, si be esta idea és poc factible, puix encara que la gravetat és sis voltes menor que en la terra, també ho és la velocitat de rotació (28 voltes més), per lo que seria més rendable construir-ho en la Terra.

Aplicacions tecnològiques

Archiu:Moon colony with rover.jpeg

Conceptualización artística d'una possible base llunar, ademés d'edificis, mostra astronautes en trage espacial i un Rover.

La Lluna constituirà el pas inicial per a lo que s'ha donat en cridar la Colonisació espacial, jugant un paper molt important en el desenroll de sistemes de soport de vida hermètics de llarga duració, i en l'aprenentage sobre processos de replicació de l'ecologia de la Terra com el reciclage de rebujos, que tindran que ser molt més eficients que els actuals. També la riquea i el coneiximent guanyats per mig de l'extracció i refinat de recursos sobre la Lluna reduiran l'esforç per a construir noves colónies en atres parts del sistema solar.

En l'any 2006, la NASA va demanar al Consell d'Investigació Nacional dels Estats Units (NRC), un informe sobre el tipo de ciència que podria realisar-se des de la Lluna. En el seu informe The Scientific Context for the Exploration of the Moon, citen com a prioritat els radiotelescopios (i no els telescopis òptics, per l'acumulació de pols llunar). Per la baixa velocitat de rotació de la Lluna, el cel gira llentament, permaneixent visibles els objectes d'estudi durant dies sense interrupció. Un observatori en la cara visible podria monitorizar la terra permanentment per a l'estudi del clima o propòsits similars. Un en la cara amagada, podria observar l'espai profunt en una major eficiència per la menor interferència de radiofrecuencia terrestre.

La NASA ha seleccionat 19 dissenys de radiotelescopios llunars, molts d'ells modular o desenrollables. Els dissenys més modests podrien ser desplegats per robots, i els més ambiciosos serien capaços de proporcionar informació sobre l'interior dels planetes extrasolars.

Un atre tipo de telescopis proposts són els d'espill líquit: un equip canadenc treballa en un prototip de 2 m de diàmetro, com a pas previ per a un futur gran telescopi de fins a 100 m de diàmetro.

Una atra interessant opció és buscar antic material terrestre que no haja segut afectat per l'erosió atmosfèrica de la Terra: es calcula que han pogut caure fins a 200 kg de roques terrestres sobre cada km² de la lluna. Este material serà molt valiós per a l'estudi de l'orige de la Terra, i inclús alguns científics especulen en l'idea de que l'absència d'atmòsfera i les baixes temperatures en les zones d'ombra permanent, a 25 K (-248,16 °C), hagen conservat signes de vida de la jove Terra en la Lluna.

Preservació de la biodiversitat

Una colónia permanent en la Lluna dificultarà l'extinció accidental de l'espècie humana, i permetrà salvaguardar la nostra cultura i biodiversitat d'un eventual cataclisme. La base llunar s'ha propost com una segona biosfera a on els humans pogueren viure. També es va plantejar en 2008 la construcció d'un arca del juí final, per a preservar la biodiversitat en cas de desastre. El proyecte va ser concebut per William Burrough i Jim Burke, i contindria discs durs en el còdic genètic humà, descripcions de les nostres tecnologies, i un banc de llavors. Inclús es planteja traslladar mostres de material genètic real. Esta instalació podria ser mantinguda per robots, o per una colónia humana.

Marque llegal

Artícul principal → Tractat sobre l'espai ultraterrestre.

Les lleis espacials estan basades en el Tractat sobre l'espai ultraterrestre de 1967, descrit com “la Carta Magna del vol espacial”, i ratificat per 98 estats. Dit tractat expon que cap nació pot reclamar la Lluna:

L'espai exterior, incloent la Lluna i atres cossos celests, no està subjecte a l'apropiació nacional per reclam de sobirania, a través d'us o ocupació, o per qualsevol un atre mig

Tractat de l'Espai Exterior (1967)

Per lo tant, la convivència de humans en la Lluna planteja conflictes jurisdiccionals a el hora de complir les lleis o jujar un hipotètic delicte. El Acort Lluna de les Nacions Unides de 1979 establix cóm deurien comportar-se els estats quan exploren la Lluna i atres planetes, pero solament ha segut ratificat per 13 països, cap dels quals té els mijos per a anar a la Lluna, per lo que este és un tema encara per solucionar.

Viabilitat a llarc determini

Encara que la rendabilitat econòmica de la base llunar no siga un tema rellevant a curt o mig determini, la colonisació permanent de la Lluna solament tindrà èxit si les colónies són autosuficients i econòmicament viables. Encara que pel moment siguen especulacions més pròpies de la ciència ficció, açò podria ser possible a llarc determini per varis métodos:

Mineria i drassanes

En algun moment, interessos econòmics promouran establiments ubicats prop de mines. La Lluna sembla ser rica en minerals tals com el titani. En el temps —i suponent que es colonisen més llocs del sistema solar—, la mineria i el refinat de materials en la pròpia Lluna podria ser ventajosa per a atres colónies front a materials entregats des de la Terra, pel menor cost energètic del llançament. Pel mateix motiu, la Lluna podria servir en un futur com a emplaçament per a la construcció de naus espacials, o per al seu abastiment de combustible.

Processat de materials

La lluna permetrà, gràcies a la seua baixa gravetat, el processament de materials que serien difícils o impossibles de fabricar en la Terra, com a 'bromera' de metals, obtingudes injectant gas en un metal fos que a continuació solidifica llentament. La baixa gravetat llunar evitarà la ruptura pel moviment de les bombetes de gas. Les condicions de buit també poden supondre una ventaja competitiva en determinats processos: el recocido de metals requerix grans cantitats d'energia, per ser un procés que manté el material molt calent durant un temps prolongat. L'aïllament del buit pot aforrar molta energia durant el procés. També podrien aparéixer noves aleacions difícils de realisar en la Terra.

Exportacions a la Terra

L'exportació des de la Lluna és més problemàtica per l'alt cost del transport, pero no és descartable que puguen exportar-se mercaderies molt valioses. Si prospera la tecnologia de reactors de fusió, és possible que el Heli-3 del vent solar, acumulat en la superfície de la Lluna durant mils de millons d'anys, poguera ser un excelent combustible. El He₃ està present en el regolito llunar en cantitats de dèu a cent parts per milló o del 0,003 a l'1 per cent, en funció dels sols. En 2006, el preu de mercat del He₃ va ser d'al voltant d'un milló i mig de dólarés per quilo; més de 120 voltes el valor del or.

Gerald Kulcinski, del grup de fusió en l'Institut de Tecnologia de l'Universitat de Wisconsin-Madison ha operat en un reactor experimental de fusió de He₃ durant un periodo prolongat. No obstant, el reactor no ha conseguit el balanç d'energia o llindar de rendabilitat. El ITER que s'està construint en França continua l'investigació en este camp.

També s'ha trobat urani en la Lluna, lo que permetria o be crear allí mateix reactors nuclears, o be exportar dit combustible fins a la Terra.

Turisme

^{cita requerida}

Vore també

Ascensor espacial
Aigua llunar
Anex:Missions espacials llançades a la Lluna
Exploració de la Lluna

Elevador espacial llunar

Bibliografia

Peter Eckart (2006). La Base Llunar, 2nd edition,  McGraw-Hill, pp. 820 pp. ISBN 978-0073294445.
Wendell Mendell (editor) (1986). [http://ads.harvard.edu/books/lbsa/ Llunar bases and space activities of the 21st century],  Llunar and Planetary Institute, pp. 865 pp. ISBN 0942862023.
«Cosmochemistry and Human Exploration».
«Mining the Moon, Mars, and Asteroids».

Enllaços externs

Construir una base en la Lluna