Miner månen efter raketbrændstof for at få os til Mars

Der er gået 45 år siden, at mennesker sidst satte deres fod på et udenjordisk legeme. Nu, Månen er tilbage i centrum af bestræbelserne på ikke kun at udforske rummet, men for at skabe en permanent, uafhængige rumfartssamfund.

Planlægning af ekspeditioner til Jordens nærmeste himmelske nabo er ikke længere kun en NASA-indsats, selvom det amerikanske rumfartsagentur har planer om en måne-kredsende rumstation, der skulle tjene som mellemstation for Mars-missioner i begyndelsen af ​​2030'erne. United Launch Alliance, et joint venture mellem Lockheed Martin og Boeing, planlægger en månetankstation til rumfartøjer, i stand til at understøtte 1, 000 mennesker, der lever i rummet inden for 30 år.

Milliardærerne Elon Musk, Jeff Bezos og Robert Bigelow har alle virksomheder, der sigter mod at levere mennesker eller varer til månen. Adskillige hold, der konkurrerer om en andel af Googles pengepræmie på 30 millioner dollars, planlægger at sende rovere til månen.

Vi og 27 andre studerende fra hele verden deltog for nylig i 2017 Caltech Space Challenge, foreslå design af, hvordan en månens opsendelses- og forsyningsstation til dybe rummissioner kan se ud, og hvordan det ville fungere.

Råvarerne til raketbrændstof

Lige nu er alle rummissioner baseret på, og lanceret fra, Jorden. Men Jordens tyngdekraft er stærk. For at komme i kredsløb, en raket skal køre 11 kilometer i sekundet – 25, 000 miles i timen!

Enhver raket, der forlader Jorden, skal bære alt det brændstof, den nogensinde vil bruge for at komme til sin destination, og hvis det er nødvendigt, tilbage igen. Det brændstof er tungt – og det kræver meget energi at få det til at bevæge sig ved så høje hastigheder. Hvis vi kunne tanke op i kredsløb, at opsendelsesenergi kunne løfte flere mennesker eller last eller videnskabeligt udstyr i kredsløb. Så kunne rumfartøjet tanke op i rummet, hvor Jordens tyngdekraft er mindre kraftig.

Månen har en sjettedel af Jordens tyngdekraft, hvilket gør det til en attraktiv alternativ base. Månen har også is, som vi allerede ved, hvordan vi behandler til et brint-ilt drivmiddel, som vi bruger i mange moderne raketter.

Omrejsende Luna

NASA's Lunar Reconnaissance Orbiter og Lunar Crater Observation and Sensing Satellite-missioner har allerede fundet betydelige mængder is i permanent skyggede kratere på månen.

Disse steder ville være vanskelige at mine, fordi de er koldere og ikke tilbyder sollys til at drive roving-køretøjer. Imidlertid, vi kunne installere store spejle på kraternes rande for at oplyse solpaneler i de permanent skyggefulde områder.

Rovers fra Googles Lunar X Prize-konkurrence og NASAs Lunar Resource Prospector, skal lanceres i 2020, ville også bidrage til at finde gode steder at udvinde is.

Forestil dig en månebase

Afhængigt af hvor de bedste isreserver er, vi skal muligvis bygge flere små robotmånebaser. Hver enkelt ville mine is, fremstille flydende drivmiddel og overføre det til passerende rumfartøjer. Vores team udviklede planer for at udføre disse opgaver med tre forskellige typer rovere. Vores planer kræver også et par små robot-shuttle for at mødes med nærliggende dybe rummissionskøretøjer i månens kredsløb.

En rover, som vi kalder Prospector, ville udforske månen og finde isbærende steder. En anden rover, konstruktøren, ville følge med bagved, bygge en affyringsrampe og pakke ned ad veje for at lette bevægelser for den tredje rover -type, minearbejderne, som faktisk opsamler isen og leverer den til nærliggende lagertanke og et elektrolysebehandlingsanlæg, der spalter vand til brint og ilt.

Konstruktøren ville også bygge en landingsplads, hvor det lille nær-måne-transport-rumfartøj, vi kalder Lunar Resupply Shuttles, ville ankomme for at indsamle brændstof til levering, når nyopsendte rumfartøjer passerer månen. Rumfærgerne ville brænde månelavet brændstof og ville have avancerede vejlednings- og navigationssystemer til at rejse mellem månens baser og deres målrumfartøjer.

En tankstation i rummet

Når der produceres nok brændstof, og shuttleleveringssystemet er testet og pålideligt, vores plan opfordrer til at bygge en tankstation i rummet. Shuttles ville levere is direkte til det kredsende brændstofdepot, hvor det ville blive forarbejdet til brændstof, og hvor raketter på vej til Mars eller andre steder kunne lægge til for at fylde op.

The depot would have large solar arrays powering an electrolysis module for melting the ice and then turning the water into fuel, and large fuel tanks to store what's made. NASA is already working on most of the technology needed for a depot like this, including docking and fuel transfer. We anticipate a working depot could be ready in the early 2030s, just in time for the first human missions to Mars.

To be most useful and efficient, the depot should be located in a stable orbit relatively near both the Earth and the moon. The Earth-moon Lagrangian Point 1 (L1) is a point in space about 85 percent of the way from Earth to the moon, where the force of Earth's gravity would exactly equal the force of the moon's gravity pulling in the other direction. It's the perfect pit stop for a spacecraft on its way to Mars or the outer planets.

Leaving Earth

Our team also found a fuel-efficient way to get spacecraft from Earth orbit to the depot at L1, requiring even less launch fuel and freeing up more lift energy for cargo items. Først, the spacecraft would launch from Earth into Low Earth Orbit with an empty propellant tank.

Derefter, the spacecraft and its cargo could be towed from Low Earth Orbit to the depot at L1 using a solar electric propulsion tug, a spacecraft largely propelled by solar-powered electric thrusters.

This would let us triple the payload delivery to Mars. På nuværende tidspunkt a human Mars mission is estimated to cost as much as US$100 billion, and will need hundreds of tons of cargo. Delivering more cargo from Earth to Mars with fewer rocket launches would save billions of dollars and years of time.

A base for space exploration

Building a gas station between Earth and the moon would also reduce costs for missions beyond Mars. NASA is looking for extraterrestrial life on the moons of Saturn and Jupiter. Future spacecraft could carry much more cargo if they could refuel in space – who knows what scientific discoveries sending large exploration vehicles to these moons could enable?

By helping us escape both Earth's gravity and dependence on its resources, a lunar gas station could be the first small step toward the giant leap into making humanity an interplanetary civilization.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Read the original article.