Ingeniører foreslår solcelledrevet måneark som moderne global forsikring

University of Arizona-forsker Jekan Thanga henter videnskabelig inspiration fra en usandsynlig kilde:den bibelske fortælling om Noahs Ark. I stedet for to af hvert dyr, imidlertid, hans soldrevne ark på månen ville opbevare kryogenisk frosne frø, spore, sæd- og ægprøver fra 6,7 ​​millioner jordarter.

Thanga og en gruppe af hans bachelor- og kandidatstuderende skitserer måneark-konceptet, som de kalder en "moderne global forsikringspolice, " i et papir, der blev præsenteret i weekenden under IEEE Aerospace Conference.

"Jorden er naturligt et flygtigt miljø, " sagde Thanga, en professor i rumfart og maskinteknik ved UArizona College of Engineering. "Som mennesker, vi havde et tæt opkald omkring 75, 000 år siden med Toba supervulkanudbrud, hvilket forårsagede en 1, 000 års afkølingsperiode og, ifølge nogle, stemmer overens med et estimeret fald i menneskelig mangfoldighed. Fordi den menneskelige civilisation har så stort et fodaftryk, hvis det skulle kollapse, det kunne have en negativ kaskadeeffekt på resten af ​​planeten."

Klima forandring, han tilføjede, er en anden bekymring:Hvis havniveauet fortsætter med at stige, mange tørre steder vil gå under vandet - inklusive Svalbard frøbanke, en struktur i Norge, der rummer hundredtusindvis af frøprøver for at beskytte mod utilsigtet tab af biodiversitet. Thangas team mener, at opbevaring af prøver på et andet himmellegeme reducerer risikoen for, at biodiversitet går tabt, hvis en begivenhed skulle forårsage total udslettelse af Jorden.

Helt rørformet

Forskere opdagede et netværk af omkring 200 lavarør lige under månens overflade i 2013. Disse strukturer blev dannet for milliarder af år siden, da lavastrømme smeltede vej gennem bløde sten under jorden, danner underjordiske huler. På jorden, lavarør svarer ofte i størrelse til undergrundstunneler, og kan eroderes af jordskælv, pladetektonik og andre naturlige processer. Dette netværk af månelavarør er omkring 100 meter i diameter. Urørt i anslået 3-4 milliarder år, de kunne give ly mod solstråling, mikrometeoritter og overfladetemperaturændringer.

Ideen om at udvikle en månebase, eller menneskelig bosættelse på månen, har eksisteret i hundreder af år, og opdagelsen af ​​lavarøret fornyede rumsamfundets entusiasme for konceptet. Men månen er ikke ligefrem et gæstfrit miljø, hvor mennesker kan tilbringe længere perioder. Der er ikke vand eller åndbar luft, og det er omkring minus 25 grader celsius, eller minus 15 grader Fahrenheit. Det er heller ikke et meget begivenhedsrigt sted.

På den anden side, de samme funktioner gør det til et fantastisk sted at opbevare prøver, der skal forblive meget kolde og uforstyrrede i hundreder af år ad gangen.

At bygge en måneark er ikke en lille opgave, men, baseret på nogle "hurtige, bagsideberegninger, Thanga sagde, at det ikke er så overvældende, som det kan lyde. Transport af omkring 50 prøver fra hver af 6,7 millioner arter ville kræve omkring 250 raketopsendelser. Det tog 40 raketopsendelser at bygge den internationale rumstation.

"Det er ikke tosset stort, " sagde Thanga. "Vi var lidt overraskede over det."

Kryogenik og kvantelevitation

Missionskonceptet bygger på et andet projekt Thanga og hans gruppe tidligere har foreslået, hvor miniature flyvende og hoppende robotter kaldet SphereX går ind i et lavarør i hold. der, de ville indsamle prøver af regolith, eller støv og løs sten, og indsamle oplysninger om layoutet, temperatur og sammensætning af lavarørene. Disse oplysninger kunne informere konstruktionen af ​​månebasen.

Holdets model for den underjordiske ark inkluderer et sæt solpaneler på månens overflade, der ville levere elektricitet. To eller flere elevatorskakte ville føre ned i anlægget, hvor petriskåle ville blive anbragt i en række kryogene konserveringsmoduler. En ekstra vareelevatorskakt vil blive brugt til at transportere byggemateriale, så basen kan udvides inde i lava-rørene.

For at blive kryokonserveret, frøene skal afkøles til minus 180 C (minus 292 F) og stamcellerne holdes ved minus 196 C (minus 320 F). Som en reference til, hvor koldt det her er, Pfizer COVID-19-vaccinen skal opbevares ved minus 70 C, eller minus 94 F. Det faktum, at lavarørene er så kolde, og prøverne skal være endnu koldere, betyder, at der er risiko for, at metaldelene på basen kan fryse, marmelade eller endda koldsvejse sammen. På jorden, kommercielle flyselskaber holder op med at arbejde, når jordens temperatur når minus 45 til minus 50 C (minus 49 til minus 58 F).

Imidlertid, der er en måde at drage fordel af de ekstreme temperaturer ved at bruge et overjordisk fænomen kaldet kvantelevitation. I denne proces, et kryokølet superledermateriale - eller et materiale, der overfører energi uden at miste varme, som et traditionelt kabel gør - svæver over en kraftig magnet. De to stykker er låst sammen i en fast afstand, så hvor end magneten går, superlederen følger efter.

"Det er som om de er låst på plads af snore, men usynlige strenge, " sagde Thanga. "Når du kommer til kryogene temperaturer, der sker mærkelige ting. Noget af det ligner bare magi, men er baseret på afprøvede og laboratorietestede fysikprincipper på kanten af ​​vores forståelse."

Holdets ark-design bruger dette fænomen til at få hylderne med prøver til at svæve over metaloverflader og få robotter til at navigere gennem anlægget over magnetiske spor.

Der er meget mere forskning, der skal laves om, hvordan man bygger og betjener arken, fra at undersøge, hvordan de bevarede frø kan blive påvirket af mangel på tyngdekraft til at udforme en plan for basiskommunikation med Jorden.

"Det, der undrer mig ved projekter som dette, er, at de får mig til at føle, at vi nærmer os at blive en rumcivilisation, og til en ikke særlig fjern fremtid, hvor menneskeheden vil have baser på månen og Mars, " sagde Álvaro Díaz-Flores Caminero, en UArizona ph.d.-studerende, der leder den termiske analyse for projektet. "Multidisciplinære projekter er svære på grund af deres kompleksitet, men jeg tror, ​​det er den samme kompleksitet, der gør dem smukke."