Nowy projekt finansowany przez NASA ma rozwiązać irytujący problem księżycowego pyłu. Modułowe lądowisko przeszło już trzy testy silnika rakietowego.
Lądowanie na Księżycu wydaje się najtrudniejszym momentem całej wyprawy. Tymczasem okazuje się, iż już samo dotknięcie powierzchni przez statek może stworzyć ogromne zagrożenie. Silniki rakietowe potrafią bowiem zamienić księżycowy pył w chmurę niebezpiecznych pocisków. Amerykańscy inżynierowie opracowali specjalne lądowisko, które ma rozwiązać ten problem. Prototyp przeszedł już trzy testy z wykorzystaniem silnika rakietowego, a jego następna, znacznie większa wersja trafi do NASA.
Lądowanie na Księżycu może zniszczyć to, co już tam stoi
Wyobraźmy sobie, iż na Księżycu powstaje pierwsza większa baza. Stoją moduły mieszkalne, panele słoneczne, pojazdy i urządzenia badawcze. W pewnym momencie z Ziemi przylatuje kolejny statek z zaopatrzeniem. Zbliża się do powierzchni, uruchamia silniki hamujące i niemal natychmiast zamienia najbliższe otoczenie w bardzo niebezpieczne miejsce.
Największym problemem jest regolit, czyli warstwa pyłu, rozdrobnionych skał i drobnych odłamków pokrywających powierzchnię Srebrnego Globu. Księżyc praktycznie nie ma atmosfery, dlatego spaliny z silników rakietowych rozprzestrzeniają się w próżni, uderzając bezpośrednio w grunt. Strumień gazów może wyrzucać drobiny z ogromną prędkością, a także prowadzić do powstawania zagłębień pod lądownikiem.
Takie zjawisko nie jest jedynie teoretycznym zagrożeniem. Podczas misji Apollo 12 w 1969 r. lądownik osiadł około 155 m od sondy Surveyor 3. Późniejsze analizy wykazały, iż cząstki regolitu wyrzucone przez silnik uderzały w powierzchnię sondy z prędkością przekraczającą 100 m/s.
W przypadku niewielkiego lądownika ryzyko można ograniczać odpowiednim wyborem miejsca. jeżeli jednak NASA chce stworzyć stałą bazę i regularnie dostarczać do niej ludzi oraz wyposażenie, potrzebna będzie infrastruktura chroniąca najbliższe otoczenie. Trudno przecież za każdym razem przeprowadzać lądowanie daleko od zabudowań i później transportować ładunki przez wiele kilometrów.
Amerykanie zbudowali lądowisko, które kieruje spaliny w inną stronę
Pomysł polega na stworzeniu specjalnego lądowiska złożonego z połączonych ze sobą modułów. W przeciwieństwie do zwykłej betonowej płyty konstrukcja zawiera wewnętrzne kanały, których zadaniem jest przechwytywanie i kierowanie strumienia gazów wylotowych z dala od miejsca lądowania.
Dzięki temu powierzchnia nie musi przyjmować całego obciążenia termicznego i mechanicznego bezpośrednio na siebie. Część energii strumienia jest odprowadzana przez odpowiednio zaprojektowane przestrzenie wewnątrz konstrukcji. Ma to ograniczać uszkodzenia samego lądowiska i zmniejszać zagrożenie dla sąsiednich urządzeń.
Na Ziemi podobne problemy rozwiązuje się m.in. dzięki kanałów odprowadzających spaliny oraz systemów chłodzenia wodą. Na Księżycu taki sposób działania byłby znacznie trudniejszy, ponieważ woda jest tam cennym zasobem, którego nie można swobodnie zużywać do chłodzenia infrastruktury.
Odpalili silnik rakietowy 3 razy. Konstrukcja zdała pierwszy egzamin
Latem tego roku badacze przeprowadzili serię prób w Propulsion Research Center na terenie uniwersytetu w Huntsville. Przygotowali prototyp lądowiska o średnicy około 3,7 m, złożony z betonowych elementów łączących się w większą konstrukcję.
Następnie wykonali trzy testy z uruchomieniem silnika rakietowego. Wbudowane czujniki pozwalały obserwować przepływ gazów przez system kanałów i oceniać zachowanie całej konstrukcji pod wpływem gorącego strumienia.
Wyniki okazały się naprawdę niezwykle obiecujące. Badacze potwierdzili, iż zaprojektowany układ potrafi przechwytywać i przekierowywać spaliny, ograniczając ich bezpośrednie oddziaływanie na powierzchnię. Według zespołu dzięki wewnętrznym kanałom udało się zapobiec uszkodzeniom cieplnym, które mogłyby wystąpić w przypadku pełnej, niewentylowanej płyty. Nie oznacza to jednak, iż lądowisko jest już gotowe do wykorzystania na Księżycu. Testy przeprowadzono na Ziemi, przy wykorzystaniu prototypowej konstrukcji. To jednak dopiero pierwszy etap sprawdzania, czy cała koncepcja rzeczywiście działa.
Lądowisko ma powstać z tego, co leży na Księżycu
Największym problemem przy budowie księżycowej infrastruktury jest masa materiałów, które trzeba dostarczyć z Ziemi. choćby stosunkowo prosta betonowa płyta wymaga ogromnych ilości surowca, a każda dodatkowa tona znacząco komplikuje transport kosmiczny.
Dlatego amerykańscy inżynierowie chcą w przyszłości wykorzystywać sam księżycowy regolit. W testowanym prototypie beton pełni jedynie funkcję ziemskiego odpowiednika materiału budowlanego, który można byłoby produkować na miejscu. Nie jest to zatem lądowisko wykonane z prawdziwego księżycowego gruntu.
W grę wchodzi m.in. spiekanie regolitu, czyli ogrzewanie go do temperatur pozwalających trwale połączyć ziarna materiału. Możliwe jest również jego przetapianie i formowanie w wytrzymałe elementy. Pisaliśmy już o technologii laserowego druku 3D, która pozwala zamieniać symulowany księżycowy pył w twarde struktury.
Modułowa konstrukcja ma jeszcze jedną zaletę. Zamiast budować ogromną płytę w jednym kawałku, można byłoby produkować mniejsze elementy, a następnie łączyć je na miejscu. Ułatwiłoby to transport, montaż, naprawy i ewentualną rozbudowę lądowiska wraz ze wzrostem liczby misji.
Podobne badania już trwają. Niedawno opisywaliśmy księżycowy geopolimer, który przez pół roku znajdował się na zewnątrz Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Takie eksperymenty pokazują, iż materiał pokrywający powierzchnię Księżyca może w przyszłości stać się jednym z najważniejszych surowców budowlanych.
Teraz powstanie większa wersja. NASA przeprowadzi kolejne testy
Po zakończeniu pierwszych prób zespół przygotowuje następny prototyp. Tym razem konstrukcja będzie miała średnicę około 6,1 m, a więc będzie wyraźnie większa od dotychczasowej. Nowe lądowisko ma trafić do NASA Marshall Space Flight Center w Huntsville, gdzie zostanie poddane kolejnym badaniom. Inżynierowie zamierzają sprawdzić, jak system zachowuje się w większej skali i czy można go dostosować do wielokrotnego przyjmowania statków kosmicznych.
W przyszłości lądowisko będzie musiało wytrzymywać nie tylko pojedyncze przyziemienie. Każdy kolejny statek będzie poddawał konstrukcję działaniu wysokich temperatur, ciśnienia i intensywnego przepływu gazów. Materiał powinien również znosić ekstremalne warunki panujące na Księżycu pomiędzy kolejnymi misjami.
Przed zespołem pozostaje zatem jeszcze wiele pracy. Należy nie tylko potwierdzić skuteczność kanałów odprowadzających spaliny, ale także opracować technologię produkcji odpowiednich modułów z lokalnych surowców. Bez tego trudno mówić o rozwiązaniu gotowym do wykorzystania poza Ziemią.
Księżycowa baza będzie potrzebować własnego kosmodromu
W planach powrotu człowieka na Księżyc najwięcej uwagi przyciągają rakiety, skafandry i moduły mieszkalne. Tymczasem nie mniej istotna może się okazać infrastruktura, o której na Ziemi rzadko się myśli. Lądowiska, drogi, osłony i systemy zabezpieczające urządzenia będą niezbędne, jeżeli wyprawy mają stać się czymś więcej niż pojedynczymi ekspedycjami.
Zagrożenia związane z księżycowym pyłem są zresztą znacznie szersze. NASA bada również ryzyko wyładowań elektrostatycznych, które mogą pojawiać się podczas kontaktu astronautów z lądownikiem. Rozwiązanie jednego problemu nie oznacza więc automatycznie, iż cała księżycowa infrastruktura będzie bezpieczna.
Projekt z Alabamy nie zapowiada jeszcze budowy pierwszego kosmodromu na Srebrnym Globie. Pokazuje jednak, jak zmienia się sposób myślenia o przyszłych misjach. Nie wystarczy już opracować statek zdolny bezpiecznie osiąść na powierzchni. Trzeba również zadbać o to, żeby podczas lądowania nie uszkodził wszystkiego, co ludzie wcześniej zdołali tam zbudować.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
