Wypełniona zielenią osada na powierzchni Księżyca – to projekt, jaki przygotowali członkowie zespołu Innspace na międzynarodowy konkurs First Moon Base Design Contest. Ich koncepcja zdobyła czwarte miejsce.

Konkurs zorganizowało międzynarodowe towarzystwo Moon Society (z siedzibą w USA), które od ponad 20 lat zrzesza ekspertów różnych dziedzin i entuzjastów eksploracji kosmicznej, postulując powrót człowieka na powierzchnię Księżyca. Pod koniec ubiegłego roku organizacja zaprosiła zainteresowanych do stworzenia koncepcji bazy i misji osadniczej na Srebrnym Globie, która byłaby realna do zorganizowania w najbliższych dziesięciu latach. Dlatego zgłoszone projekty musiały uwzględniać istniejące lub rozwijane właśnie technologie.

Mieszkanie na Księżycu za 10 lat?

Do konkursu mogli zgłaszać się zarówno profesjonaliści – zawodowo zajmujący się np. inżynierią czy nowymi technologiami – jak i studenci czy pasjonaci tematu. Nad swoimi koncepcjami mogli pracować w pojedynkę lub zespołowo. Ich głównym zadaniem było wykazanie, że eksploracja Księżyca w najbliższej dekadzie (lub w krótszym czasie) to nie marzenia zafascynowanych kosmosem, a zdecydowanie realna wizja przyszłości. Ich projekty musiały więc zakładać transport, produkcję i uruchomienie bazy przy wykorzystaniu istniejących już wyrzutni rakiet kosmicznych lub takich, przy których prace właśnie się toczą – a zatem: Falcon 9, Falcon Heavy, Ariane 6, Atlas V, Vulcan Centaur lub Space Launch System. Planowana załoga bazy nie mogła być większa niż 30 osób (a idealna: 10-20 osób – tak by w habitacie mogły zmieścić się jednocześnie 2-3 załogi różnych narodowych misji księżycowych).

Wszystkie zgłoszenia były oceniane przez panel ekspertów od technologii kosmicznych, którzy przyglądali się m.in. wykorzystanym systemom i technologiom – ich wytrzymałości i innowacyjności, kwestiom ekonomicznym – czy projekt jest wykonalny finansowo i jakie dochody może generować, architekturze bazy – czy może być postrzegana jako miejsce atrakcyjne, kwestiom społecznym – jak żyją mieszkańcy bazy i dlaczego turyści chcieliby ją odwiedzać oraz polityce – zarządzaniu osadą i jej relacjami z Ziemią.

Wyniki konkursu ogłoszono w marcu. Za najlepszy uznano projekt opracowany przez Space Generation Advisory Council Team. Czwarte miejsce w konkursie zdobył natomiast zespół Innspace – wywodzący się z Politechniki Wrocławskiej, a aktualnie skupiający kilkanaście osób z całej Polski. To studenci, doktoranci i absolwenci uczelni o różnych specjalizacjach. Są wśród nich architekci, konstruktorzy, programiści, biolodzy, prawnicy i lekarze. Zespół może poszczycić się już kilkoma prestiżowymi nagrodami w międzynarodowych konkursach związanych z projektowaniem eksploracji kosmosu (w tym np. zwycięstwem we francuskim Student Aerospace Challenge). Część jego członków miała też okazję uczestniczyć w analogowych misjach kosmicznych jako astronauci, a swoje doświadczenia z pobytu w bazie wykorzystują w tworzeniu projektów.

Woda z księżycowego lodu

Swoją bazę – Xors Moon Base – ulokowali na biegunie południowym Księżyca, w pobliżu krateru Shackleton. W tej okolicy są miejsca stale oświetlone i takie, które nazywa się obszarami wiecznie zacienionymi, gdyż nigdy nie docierają do nich promienie słoneczne. Jak podkreślają członkowie zespołu, taka lokalizacja osady ma olbrzymie znaczenie. Z jednej strony baza ma bowiem stabilny dostęp do światła, a to odgrywa kluczową rolę w pozyskiwaniu energii słonecznej. Pozwala zmniejszyć liczbę dodatkowych akumulatorów, które osada musi mieć przygotowane na czas księżycowej nocy.

- Z drugiej strony wiecznie zaciemnione obszary umożliwiają badania przeszłości geologicznej Księżyca i mogą zapewnić przyszłym mieszkańcom wodę – opowiada Hubert Gross, student Politechniki Rzeszowskiej, członek zespołu Innspace. – Jest ona tam uwięziona w postaci lodu na powierzchni i pod powierzchnią Księżyca. Szacuje się, że na biegunach znajduje się co najmniej 600 milionów ton lodu.

Innspace założył, że Xors stanąłby na wzgórzu o niewielkim stopniu nachylenia, a od obszaru, w który podczas lądowania rakiet i lądowników mógłby uderzyć księżycowy pył, byłby oddzielony zboczem.

Baza w cztery lata

Baza powstałaby w latach 2026-30. Misję główną poprzedziłaby misja przygotowawcza trwająca od 2026 do 28 r. Składałaby się z 17 ładunków z prototypami i potrzebnymi materiałami, a loty z tymi towarami odbywałyby się średnio co 1,5-2 miesiące. Główna misja, która rozpoczęłaby się w 2028 r., składałaby się z trzech lotów towarowych i załogowych.

- Chcąc w najbliższej dekadzie stworzyć bazę księżycową, musimy myśleć o dostarczeniu na jej powierzchnię setek ton sprzętu, koniecznego do zbudowania bazy, jej utrzymania i zaspokojenia podstawowych potrzeb astronautów – zastrzega Piotr Torchała, absolwent Politechniki Wrocławskiej, członek zespołu. – Rozważyliśmy wszystkie możliwe opcje i wybraliśmy pojazd SpaceX – Starship. Jego wersja cargo jest w stanie dostarczyć ponad 100 ton, ma 1100 m sześc. pojemności ładowni, 9 m średnicy i 18 m wysokości. Do tego możliwość tankowania na orbicie sprawia, że da się maksymalnie wykorzystać jego ładowność. Obecnie Starship jest w fazie rozwoju. Pierwszy lot jest planowany na Księżyc w 2022 r. Dużą zaletą tego pojazdu jest także to, że jest rakietą wielokrotnego użytku, co znacznie obniża koszty całej misji.

Kosmiczne badania

Baza składałaby się z czterech cylindrycznych modułów, z których każdy miałby osobne laboratorium i miejsce dla czterech astronautów. Moduły byłyby ze sobą połączone, ale ze względów bezpieczeństwa byłyby też samowystarczalne i niezależne od siebie. Ich mieszkańcy przylatywaliby na Księżyc na trzy, sześć lub dziewięć miesięcy – w zależności od rodzaju prowadzonych badań.

- Laboratoria specjalizowałyby się w badaniach naukowych, jakich nie da się przeprowadzić na Ziemi ani na stacjach orbitujących – opowiada Justyna Pelc, studentka Politechniki Wrocławskiej, lider zespołu Innspace. – Baza stanowiłaby wyjątkowe centrum badawcze, w którym naukowcy wykorzystywaliby warunki księżycowe do przeprowadzania eksperymentów przesuwających granice kosmosu, jego eksploracji, nauki i technologii.

Na Księżyc przylatywaliby badacze zrekrutowani przez narodowe agencje poszczególnych krajów z projektami naukowymi o dużym znaczeniu. Do swojej dyspozycji mieliby laboratorium medycyny kosmicznej, laboratorium biologiczne (badające m.in. wpływ warunków księżycowych na procesy biologiczne, komórki i całe organizmy, w tym np. prowadzące badania zmierzające do redukcji wrażliwości żywych organizmów na radiację przy zastosowaniu terapii genowej), a także laboratorium systemów podtrzymywania życia (BIO-Tech Lab).

Nadmuchiwane moduły

Do stworzenia bazy wykorzystano by gotowe moduły (17 na 9 metrów) firmy Bigelow Aerospace, które zostałyby pokryte regolitem, czyli księżycowym pyłem. Odpowiednie struktury z regolitu zostałyby wytworzone na drukarkach 3D. Stanowiłyby dodatkowe zabezpieczenie wnętrz osady przed promieniowaniem. Same moduły składają się natomiast z dwóch przegród – aluminiowej struktury i ponad 20 warstw z m.in. elastycznego Kevlaru i miękkiej gąbki, między którymi występują przerwy. Na miejscu moduły zostałyby odpowiednio nadmuchane, dzięki czemu zapewniałyby astronautom 900 mkw. powierzchni życiowej.

Zieleń i „sztuczne słońca”

- Projektując bazę, skoncentrowaliśmy się na potrzebach załogi, priorytetowo traktując jej bezpieczeństwo i dobre samopoczucie – podkreśla Beata Suścicka, architektka po Wydziale Architektury PWr i wrocławskiej ASP. – Z punktu widzenia psychologii dla astronautów niezwykle ważne jest wnętrze bazy, ponieważ bezpośrednio będzie wpływać na ich nastrój. Dlatego staraliśmy się otworzyć przestrzeń habitatu tak bardzo, jak tylko było to możliwe, aby moduł wydawał się duży i zachęcał do częstego chodzenia, wspierając naturalny ruch. Użyliśmy też neutralnych kolorów, wynikających z wykorzystanych materiałów.

W każdym module uprawiane byłyby rośliny – które nie tylko stanowiłyby naturalny, zielony element dominujący we wnętrzach, ale także dostarczały tlenu. Członkowie zespołu zaproponowali także dodatkowy system dotleniający w każdym module – system alg hodowlanych Corning culture flasks. - To panele będące kombinacją różnych typów alg oczyszczających powietrze, które zostałyby dobrane według warunków i zapotrzebowania danego modułu – tłumaczy Ewa Borowska, doktorantka na Uniwersytecie Warszawskim, członek zespołu Innspace.

Ponieważ życie w sztucznym środowisku bez dostępu do naturalnego światła słoneczne ma silny wpływ na ludzi, Innspace zaplanował wykorzystanie lamp zaprojektowanych przez firmę QLab. W różny sposób naśladują one natężenie światła słonecznego w konkretnych porach dnia, aby regulować rytm dobowy astronauty. Emitują nie tylko światło widzialne, ale także odpowiednią ilość światła podczerwonego oraz UV-A i UV-B, aby jak najlepiej imitować naturalne światło. – Dzięki takiemu rozwiązaniu mieszkańcy mieliby lepszy nastrój i mniej się męczyli – dodaje Magdalena Łabowska, doktorantka na Politechnice Wrocławskiej, członek zespołu. – Z kolei w nocy towarzyszyłoby im dyskretne oświetlenie LED wzdłuż podłogi, które podążałoby za ich krokami, zapewniając bezpieczne poruszanie się w modułach.

Zespół zadbał też o urozmaicenie przestrzeni, projektując osobny budynek ze szklarniami, który zapewniałby odmienne warunki – jeszcze więcej zieleni, inną temperaturę niż w reszcie bazy oraz hotel – dla turystów, ale także jako miejsce na wytchnienie dla astronautów potrzebujących oderwania się na chwilę od codzienności życia i pracy w habitacie.

Innpace wyliczył, że postawienie i uruchomienie bazy kosztowałoby około 55,7 mld dolarów, a roczne utrzymanie około 5 mld. O szczegółowych rozwiązaniach – m.in. związanych z systemem wytwarzania i dystrybucji energii, zarządzania wodą czy temperaturą, a także o codzienności w bazie, jej systemie prawnym, komunikacji z Ziemią czy możliwościach zarobku osady można przeczytać w szczegółowym raporcie umieszczonym TUTAJ.

Moon Society w lipcu planuje prezentacje projektów zgłoszonych na konkurs, podczas międzynarodowej konferencji online. Wybrane koncepcje zostaną też opisane w publikacji książkowej.

Zespół Innspace tworzą: Justyna Pelc, Piotr Torchała, Magdalena Łabowska, Beata Suścicka, Łukasz Sokołowski, Małgorzata Popiel, Hubert Gross, Arkadiusz Kołodziej, Ewa Borowska, Aleksandra Wilczynska, Michał Garus, Cyrus Sidor i Marcin Zieliński.

Lucyna Róg