گام به گام تا احداث یک پایگاه دائمی در ماه

سه سال بعد از مأموریت آپولو ۱۱ و فرود موفقیت‌‌آمیز اولین انسان روی کره‌‌ی ماه در سال ۱۹۷۵، پخش مجموعه‌‌ی تلویزیونی «فضا : ۱۹۹۹» با محتوایی علمی تخیلی درمورد فضا آغاز شد. این مجموعه روایتگر یک انفجار هسته‌ای بزرگ در سطح کره‌‌ی ماه بود که به‌‌دنبال آن، کل سیاره به‌‌همراه یک مستعمره‌ی بین‌المللی قمری با بیش از ۳۰۰ نفر سرنشین از مدار خود خارج شد و همگی در فضای بی‌‌کران سرگردان شدند.

گویا این سریال تلویزیونی در آن زمان تاثیر آشکاری بر رویاهای جوانی به نام ایلان ماسک داشت؛ چراکه وقتی بنیان‌‌گذار اسپیس‌‌ایکس (SpaceX) در اوت ۲۰۱۷، از طرح‌های خود برای احداث یک مستعمره‌‌ی اقماری روی سطح ماه پرده برداشت، او از این مستعمره با نام «پایگاه قمری آلفا» یاد کرد؛ نامی که به‌‌وضوح برگرفته از پایگاه خیالی روایت‌‌شده در سریال یادشده بود.

اما اسپیس‌‌ایکس تنها شرکتی نیست که قصد دارد پای انسان‌ها را به ماه باز کند. آژانس فضایی چین با نام CNSA (اداره‌‌ی ملی فضایی چین) نیز اندکی پس از فرود موفقیت‌‌آمیز کاوشگر چانگ‌‌ای ۴ در نیمه‌‌ی پنهان ماه، مراحل بعدی مأموریت‌های اکتشافی خود را در ماه اعلام کرده ‌است.

هرگونه اقامتگاه مستقر روی ماه باید تا حدامکان زیرزمین ساخته شود تا از گزند تشعشعات کیهانی در امان بماند

مأموریت‌‌های چانگ‌‌ای ۵ و چانگ‌‌ای ۶ به نمونه‌‌برداری از خاک ماه اختصاص خواهند یافت و مامویت چانگ‌‌ای ۷ نیز تحقیقات خود را در قطب جنوب این قمر آغاز خواهد کرد. این بخش از ماه به‌‌علت دارا بودن یخ، از لحاظ امکان سکونت‌‌پذیری اهمیت بالایی دارد. همان‌‌گونه که وو یانهوآ، نائب‌‌رئیس CNSA در ژانویه‌‌ی امسال اظهار کرد:

ما امیدواریم که چانگ‌‌ای ۸ در آزمایش برخی تکنولوژی‌ها و انجام پاره‌‌ای از کاوش‌‌ها مفید واقع شود تا نهایتا بتوانیم یک ایستگاه مشترک در ماه با مشارکت سایر کشورها دایر کنیم.

چین تنها کشوری نیست که چنین رؤیای جاه‌‌طلبانه‌‌ای را در سر می‌‌پروراند. هم‌‌اکنون با گذر ۵۰ سال از فرود اولین انسان روی ماه، ایده‌‌ی عملیاتی‌‌سازی ایجاد یک پایگاه روی سطح ماه در حال بررسی است. طنز ماجرا این است که ایالات‌متحده‌‌ی آمریکا تنها کشوری بوده که تاکنون توانسته پای خود را روی ماه بگذارد؛ اما حالا گویا این کشور از برنامه‌‌ی سایر کشورها عقب افتاده است. این کشور تا اوت ۲۰۱۸ از طرح ایجاد پایگاه‌‌های دائمی خود روی ماه رونمایی نکرد. تمرکز اصلی ناسا تا آن زمان روی مریخ بود. حتی آژانس فضایی اروپا (ESA) نیز در این عرصه یک گام از آمریکا پیش بود.

دهکده‌‌ ماه

در سال ۲۰۱۶، آژانس فضایی اروپا طرح‌هایی را برای احداث یک پایگاه دائمی در ماه اعلام کرد. این سازمان که زیرنظر مدیریت جدید خود، جَن وُرنر اداره می‌‌شود، دیدگاه نوینی برای احداث یک دهکده‌‌ی قمری ارائه کرده که قرار است جمعیتی متنوع از دانشمندان گرفته تا هنرمندان و نیز سازمان‌های عمومی و خصوصی در آن اسکان یابند. هدف از چنین پروژه‌‌ای می‌تواند پژوهش‌‌های ستاره‌‌شناسی، مقاصد گردشگری یا اکتشاف زمین‌شناسی برای استخراج مواد معدنی نایاب در سطح زمین باشد.

آریل اکبلاو، بنیان‌‌گذار مؤسسه‌‌ی تحقیقات اکتشاف فضایی در MIT  روی ایده‌‌ی «دموکراسی‌‌سازی فضا» کار می‌‌کند و برای نائل‌‌شدن به این هدف، گروه‌های پژوهشی متفاوتی را از روباتیک و زیست‌‌عصب‌‌شناسی مصنوعی گرفته تا معماری، هنر، فضا و طراحی گرد هم آورده ‌است.

در ابتدا همه با بهت و حیرت به من نگاه کردند. اما برای من بسیار مسرت‌‌بخش بود که اندک علاقه‌‌‌ای را برای فعالیت پیرامون ماه می‌‌دیدم.

برخلاف ناسا که یک سیاست منع همکاری با چین را در سفرهای فضایی دنبال می‌‌کند، آژانس فضایی اروپا با CNSA همکاری نزدیکی دارد. کولی می‌‌گوید: «در سال گذشته، فضانوردانی ازسوی ما با نام‌‌های متیز مارر و سامانتا کریستوفورتی با همکاران چینی خود در عملیات بقا و نجات در دریا همکاری داشتند.»

نمونه طرح مفهومی از ساختار یک پایگاه قمری آژانس فضایی اروپا

ناسا قصد دارد تا سال ۲۰۳۰ فضانوردان را در سطح ماه فرود آورد و در حال برنامه‌ریزی برای ساخت یک سکوی مدارگرد ماه به‌نام گیت‌‌وی است. شرکت‌های خصوصی نیز حرکت به‌‌سوی ماه را نشانه گرفته‌‌اند. به‌‌عنوان مثال، شرکت بلو اوریجین (blue origin) درحال همکاری با OHB و MT Aerospace  است تا بتواند کشتی‌‌فضایی باری خود را برای فرود روی سطح ماه آماده کند. اما فارغ ازاینکه کدام سازمان یا نهادی زودتر بتواند به ماه برسد، اولویت اصلی، بقا در آنجا خواهد بود. طولانی‌ترین مدتی که انسان‌ها تاکنون توانسته‌‌اند روی ماه دوام بیاورند، تنها سه روز بوده است. شرایط محیطی این قمر، برای اقامت طولانی‌‌تر چندان دلپذیر نیست.

مقصدگزینی در ماه

دمای سطح ماه بین ۱۲۷- تا ۱۷۳- درجه‌‌ی سانتی‌‌گراد متغیر است. به‌‌علاوه در آنجا با معضلاتی نظیر تشعشعات کیهانی و نیز گرانش کم (حدود یک‌‌ششم گرانش زمین) مواجه‌‌ایم. هر روز در ماه نیز معادل ۱۰ روز زمینی است که به‌‌معنی زندگی در چرخه‌های دو هفته‌ای از روشنایی و تاریکی متوالی خواهد بود. این قضیه به‌‌خصوص درمورد کاربرد انرژی خورشیدی بسیار حائز اهمیت است. هر فناوری‌‌ معرفی‌‌شده برای یک پایگاه قمری باید قابلیت کار در چنین شرایطی را داشته باشد.

ما دستورالعمل‌ها و قوانین را در ماه میلادی آینده تبیین خواهیم کرد. این رقابت پنج سال طول خواهد کشید؛ زیرا هدف از مسابقه‌‌ی ماه آن است که به بهترین ایده برای اسکان روی ماه دست یابیم.

نمونه‌های اولیه از فناوری‌‌های منتخب برای آزمایش تحت شرایط واقعی راهی یک مأموریت به ماه خواهند شد. مأموریت‌های موردنظر عمدتا ازسوی آژانس‌های فضایی انجام خواهند شد که یکی از آن‌ها برای سال ۲۰۲۴ یا ۲۰۲۵ برنامه‌‌ریزی شده است.

خانه‌‌سازی در ماه

برخلاف مدل‌‌های مفهومی از پایگاه‌‌های قمری در داستان‌‌های علمی‌‌تخیلی، مدل‌‌های واقعی ما بسیار ساده‌‌تر و ابتدایی‌‌تر خواهند بود. سفر به ماه هزینه‌‌ی زیادی دربردارد. هرچه محموله‌‌های اعزامی ما سنگین‌تر باشند، سوخت مصرفی ما نیز بیشتر خواهد بود و هزینه‌‌ها بالاتر خواهند رفت. بنابراین، ساختن اقامتگاه‌‌های فضایی با استفاده از منابع موجود در ماه رویکردی منطقی خواهد بود. در ماه این امکان وجود دارد که بتوانیم از مجراهای گدازه‌‌هایی که در طول فعالیت‌‌های آتش‌‌فشانی ماه در گذشته‌‌ی دور شکل‌گرفته‌اند، به‌‌عنوان پناهگاه استفاده کنیم. ضمن اینکه، امکان دسترسی به یخ نیز در زیر سطح ماه وجود خواهد داشت. اما اولویت اول آن است که بتوانیم بااستفاده از خاک رگولیت در ماه (شن بازالتی خاکستری‌‌رنگ موجود در سطح ماه که شباهت زیادی با شن‌‌های آتشفشانی زمین دارد) یک زیستگاه بسازیم.

درصورت مکانیزسیون عملیات ساخت‌وساز در ماه، ساخت پایگاه‌ها در زمان کوتاه‌تری ممکن خواهد شد

پروفسور ماتیاس اسپرل از دانشگاه کلن درحال همکاری با آژانس فضایی آلمان (DLR) است تا از پودر سنگ‌‌های آتش‌‌فشانی برای ساخت آجر استفاده کند. این پودر با استفاده از فرآیندی به نام «سینترینگ» انسجام می‌‌یابد؛ فرایندی که در آن از تمرکز نور خورشید یا لیزر برای پیوند‌‌دادن مواد استفاده می‌‌شود. او از چاپگرهای سه‌‌بعدی برای ساخت آجر در اشکال مختلف استفاده کرد تا ببینند کدامیک از این انواع کارایی بهتری دارند. اسپرل می‌‌گوید:

آنچه که ما می‌توانیم با تکنیک‌ها و شکل‌های کنونی بسازیم، قطعات ساختمانی قفل‌‌شونده‌‌اند. آنچه ما می‌‌سازیم، «لِگو» نیستند، ولی می‌‌توان گفت به‌‌نوعی آجرهای قفل‌‌شونده محسوب می‌شوند.

این آجرها به‌‌شکل سازه‌‌ای نظیر ایگلو (کلبه‌‌ی اسکیمویی) چیده می‌‌شوند و سپس از بالا در مقابل فشارهای اضافی تقویت می‌‌شوند. این تقویت‌‌سازی با قرارگیری یک لایه‌‌ از خاک رگولیت با ضخامت یک متر روی سقف سازه‌‌ها میسر می‌‌شود؛ بدین ترتیب یک لایه‌‌ی محافظ طبیعی دربرابر تشعشعات کیهانی نیز به‌‌وجود می‌‌آید؛ ضمن اینکه به‌‌دلیل عدم وزش باد در سطح ماه، امکان جابجایی این لایه به اطراف وجود نخواهد داشت. اسپرل در ادامه می‌‌گوید:

برای شروع فرایند سینترینگ خاک ماه و در ادامه چاپ سه‌‌بعدی آجرهای موردنیاز، به یک لنز بزرگ با ابعاد یک مترمربع یا بزرگتر نیاز داریم تا بتوانیم نور خورشید را به‌‌اندازه‌‌ی کافی متمرکز کنیم. پس از این مرحله، نیاز به یک فضانورد یا احتمالا یک ربات خواهیم داشت تا با چیدن این آجرها درکنار یکدیگر، بتوانیم زیستگاه‌‌ها را بسازیم.

برای ساخت هر آجر تقریبا پنج ساعت زمان لازم است. بنابراین ساخت ۱۰ هزار آجر موردنیاز یک ایگلو، ماه‌‌ها زمان خواهد برد.

سفر به ماه و ساخت پایگاه در ماه، دو مأموریت کاملا متفاوت هستند

اگر لنزهای بیشتری به‌‌کار گرفته شوند و عملیات ساخت‌‌وساز نیز مکانیزه شود، امکان کاهش زمان تولید وجود خواهد داشت؛ این برنامه کاملا عملی است. اسپرل می‌‌افزاید:

رگولیت موجود در ماه می‌‌تواند سازه‌‌هایی با مقاومتی مشابه با انواع بتنی ایجاد کند. فناوری‌‌های فعلی تنها امکان رسیدن به یک‌‌پنج مقاومت نهایی را فراهم می‌‌کند؛ یعنی مقاومتی مشابه با گچ؛ بنابراین سرمایه‌گذاری بیشتری برای رسیدن به حداکثر مقاومت ممکن نیاز است.

مرحله‌ی بعدی افزایش مقیاس است. خوشبختانه قرار است فرایند ساخت‌‌وساز در سال جاری روی یکی از تاسیسات قمری آژانس فضایی اروپا آغاز شود که می‌تواند به آماده‌سازی فناوری‌‌ها و زندگی روی ماه کمک کند.

بقا

پیش‌‌تر شواهدی مبنی بر وجود آب به‌شکل یخ در نواحی قطبی ماه تشخیص داده شد که نهایتا این شواهد در اوت سال گذشته ازسوی ناسا نیز مورد تأیید قرار گرفت. با این تفاسیر احتمال می‌‌رود که پایگاه‌‌های قمری نیز در این نقاط واقع شوند. به همین دلیل است که سطح‌نشین یوتو ۲ متعلق به مأموریت چانگ‌‌ای ۴ نیز هم‌‌اکنون در حال جمع‌آوری اطلاعات در حوضچه‌‌ی Aitken در قطب جنوب ماه است. یخ‌‌های سطحی ماه می‌‌توانند در دهانه‌‌های آتشفشانی دور از نورخورشید یا در زیر زمین یافت شوند.

اکسیژن موردنیاز برای تنفس نیز می‌‌تواند از درون رگولیت کره‌‌ی ماه استخراج شود. محتمل‌ترین منبع برای استخراج این عنصر، ایلمنیت (FeTiO3) است که در ترکیب با هیدروژن در دمای حدود ۱۰۰۰ درجه سانتی‌‌گراد، بخار آب تولید می‌کند. پس از جمع‌‌آوری این بخارآب، باید هیدروژن و اکسیژن جداسازی شوند.

فرود سطح‌نشین چانگ‌ای ۴ روی ماه آغازی دوباره برای مأموریت‌های اکتشافی در تنها قمر زمین بود

انرژی

برای زندگی روی ماه، فناوری‌‌های نوین انرژی نقشی کلیدی خواهند داشت. پیل‌های سوختی مورد استفاده در زمین از واکنش شیمیایی بین هیدروژن و اکسیژن (موجود در اتمسفر) برای تولید الکتریسیته و آب (به‌‌عنوان محصول جانبی) بهره می‌‌برند. در ماه هیچ اتمسفری وجود ندارد؛ بااین‌‌حال، مواد موردنیاز چنین واکنشی در آنجا نیز یافت می‌‌شوند. کولی که در حال توسعه‌‌ی این فناوری‌‌های جدید است، می‌گوید:

شما می‌توانید آبی را که در سطح ماه یافت می‌‌شود، تجزیه کرده و در طول شب با بازترکیب [عناصر سازنده‌ی] آن‌‌، انرژی الکتریکی مورد نیاز خود را تأمین کنید. طی روز ما مقادیر زیادی انرژی خورشیدی در اختیار داریم که می‌‌توانیم از مازاد این انرژی برای تجزیه‌‌ی آب به عناصر اکسیژن و هیدروژن بهره ببریم. بنابراین می‌‌توانیم از آن به‌‌عنوان یک ابزار منحصر‌‌به‌‌فرد طی مأموریت‌‌های بلندمدت روی ماه استفاده کنیم.

همچنین در ماه امکان ذخیره‌‌سازی انرژی حرارتی (در فرایندی مشابه‌‌ با پمپ‌‌های حرارتی) وجود خواهد داشت. کولی می‌‌گوید:

روی ماه، خبری از جریان‌‌های همرفتی نظیر باد نیست؛ بنابراین گرمای جذب‌‌شده از خورشید در خاک رگولیت باقی می‌‌ماند. ما می‌توانیم با بهره‌‌گیری از یک لنز یا آینه، نور خورشید را روی خاک متمرکز کنیم و از آن به‌‌عنوان منبعی برای گرمایش پایگاه‌‌ها یا تولید برق استفاده کنیم.

آنگاه که این فناوری‌‌ها تکمیل شوند و برای کار در شرایط محیطی ماه مورد آزمایش قرار گیرند، فضانوردان قادر خواهند بود پایگاهی برای ما روی ماه بسازند. آینده‌‌های دوردست را فراموش کنید؛ همه‌‌ی این اتفاقات قرار است خیلی زودتر از آنچه که تصور می‌‌کنید، تحقق یابند.