Hvor meget vand har en selvbærende månebase brug for?

Mens menneskeheden vender tilbage til månen i de næste par år, får de brug for vand for at overleve. Mens forsyninger fra Jorden ville fungere i en periode, skulle månebasen til sidst blive selvbærende? Så hvor meget vand skal der til for at få dette til at ske?

Dette er, hvad en undersøgelse for nylig postede til arXiv preprint-serveren håber at kunne tage fat på, da et team af forskere fra Baylor University udforskede vandhåndteringsscenarier for en selvbærende månebase, herunder den passende placering af basen, og hvordan vandet ville blive udvundet og behandlet til sikkert forbrug ved hjælp af passende personale.

Her diskuterer Universe Today denne forskning med Dr. Jeffrey Lee, som er assisterende adjungeret professor i Center for Astrophysics, Space Physics &Engineering Research ved Baylor University, og hovedforfatter af undersøgelsen, angående motivationen bag undersøgelsen, væsentlige resultater , vigtigheden af ​​at have en selvbærende månebase, og hvilke implikationer denne undersøgelse kan have for de kommende Artemis-missioner. Derfor, hvad er motivationen bag denne undersøgelse?

Dr. Lee fortæller til Universe Today, "Dette papir er faktisk en eklektisk afledning for mig fra min astrofysiske forskning i primordiale sorte huller, tidlig universkosmologi, banebrydende fremdriftsfysik og min geofysiske forskning i asteroidepåvirkninger. Hvis menneskelige missioner i hele solsystemet, især til Mars, skal realiseres, så ser en permanent månefacilitet ud til at være et logisk tidligt skridt."

Til undersøgelsen undersøgte forskerne vandforvaltningskravene til en 100-personers selvbærende månebase målt ved 500 m x 100 x 6 m (1640 ft x 328 ft x 20 ft), herunder placeringen af ​​månebasen nær vandisaflejringer , den teknologi, der kræves for at omdanne vandisen til vanddamp (da flydende vand ikke kan eksistere på månen), og den teknologi, der kræves til vandbehandling og -genvinding, som ville resultere i et sikkert forbrug for 100-personers basen. Undersøgelsen brugte de nuværende skøn over vandforbruget for amerikanske husholdninger, som er cirka 100 gallons per dag (GPD) per person, hvilket inkluderer rengøring, madlavning, drikke, toiletskyl og vask af tøj.

Derudover undersøgte forskerne mængden af ​​vand, der kræves til landbrugsmæssige, tekniske og overordnede behov for månebasen. Med hensyn til placeringen af ​​månebasen udledte forskerne, at den bedste placering for basen enten ville være i nærheden af ​​eller præcis på Shackleton-de Gerlache-ryggen, som er placeret ved 89,9°S 0,0°E, eller næsten direkte på månens sydpol. Grunden til, at denne placering er ideel til vandisaflejringer, er, at Shackleton-krateret ligger i et permanent skygget område (PSR), hvilket betyder, at det er indhyllet i permanent mørke på grund af månens lille aksiale hældning, og vandis har potentielt opbygget sig over milliarder af år .

I sidste ende konkluderede holdet, at vandkravene til månebasen på 100 personer til menneskelige, landbrugsmæssige og tekniske behov er 12,3, 72 og 2 acre-fod om året. Til sammenhæng svarer en acre-fod til cirka 326.000 gallons, så en månebase på 100 personer ville have brug for mere end 4.000.000 gallons om året til menneskelige behov, mere end 23.000.000 gallons om året til landbrugsbehov og 652.000 gallons om året til tekniske behov. behov. Så, baseret på disse resultater, hvad var de mest signifikante resultater fra denne undersøgelse, og hvilke opfølgende undersøgelser er i øjeblikket i gang eller under planlægning?

Dr. Lee siger til Universe Today, "Der er gode beviser for, at der findes tilstrækkeligt vand på månen til at understøtte en permanent månekoloni, og erhvervelsen, behandlingen og distributionen af ​​månevandet kan opnås med den nuværende teknologi. En passende administrativ struktur vil være nødvendigt at overvåge alle aspekter af månevand Den relative knaphed og håndtering af vand på månen kan potentielt give indsigt til forbedring af forvaltningen af ​​vand på Jorden Månevand kunne hjælpe med at forbedre terrestrisk vandforvaltning. Tidslinjen for denne forskning er dog endnu ikke fastlagt."

Undersøgelsen diskuterer in-situ ressourceudnyttelse (ISRU), som bruger tilgængelige, on-site ressourcer til både bæredygtighed og overlevelse. I dette tilfælde, ved at bruge vandisaflejringer på månen, og specifikt nær månens sydpol, for at opfylde vandbehovene for en 100-personers, selvbærende månebase. Potentialet for, at NASA bruger ISRU, har vundet betydelig indpas i de sidste par år, siden det kan vise sig at være ekstremt dyrt at sende vand fra Jorden til månen. Men bortset fra de økonomiske risici, hvis en genforsyningsmission bliver forsinket eller fejler på vej til månen, kan besætningen stå over for betydelig fare. Derfor kan det at lære at "leve af landet" for en månebase vise sig at være en levedygtig, langsigtet mulighed for at afbøde behovet for genforsyningsmissioner fra Jorden. Men hvilken yderligere betydning kan en selvbærende månebase også give?

Dr. Lee siger til Universe Today:"I årenes løb har der været en bølge af begejstring over udsigten til at kolonisere Mars. Faktisk er vi på nuværende tidspunkt muligvis i stand til at starte en kortvarig menneskelig rejse til den røde planet, hvor Astronauter ville indsamle prøver, udføre eksperimenter, plante flag, og når det næste opsendelsesvindue indtræffer, vende tilbage til Jorden. Den permanente kolonisering af Mars er meget mere ambitiøs og udfordrende er meget længere væk end månen, hvilket kræver ni måneder komme dertil og en tur-retur-tid på 21 måneder (et 3-måneders ophold på Mars er nødvendigt, indtil næste lanceringsvindue ankommer)."

NASAs mål er at sende mennesker til Mars gennem agenturets måne til Mars Architecture, som er en omfattende, årelang bestræbelse på at udvikle de nødvendige teknologier på månen til brug under en bemandet mission til den røde planet. Dette inkluderer videnskab, infrastruktur, transport, beboelse og drift, for blot at nævne nogle få. Men som nævnt, mens vi (muligvis) kan sende mennesker til den røde planet for kortvarige ophold med vores nuværende teknologi, ville en langsigtet menneskelig tilstedeværelse på Mars kræve betydeligt mere tid og ressourcer.

Dr. Lee siger til Universe Today:"Ud over et lavt kredsløb om Jorden er månen en logisk næste destination. Månekolonisering er teknologisk opnåelig, og i sammenligning med kolonisering fra Mars er det langt lettere. At være i stand til at etablere en månebase virker som en indlysende forudsætning til etablering af en Mars-base Ydermere ville månen være et glimrende startpunkt for yderligere solsystemkolonisering, herunder potentielt etablering af små kolonier i det indre af Jordnære Asteroider ideel placering, hvorfra aflytning af jordbundne asteroider kunne udføres."

Denne undersøgelse kommer, da NASAs Artemis-program planlægger at lande den første kvinde og den første farvede person på månens overflade i de næste par år. De nuværende landingssteder for Artemis-missionerne er nær sydpolen for at få adgang til nærliggende vandisaflejringer inden for de førnævnte PSR'er og kunne være ideelle til at udvikle ISRU-teknologier, der også kan bruges på fremtidige Mars-bemandede missioner. Derfor, hvilke implikationer kan denne undersøgelse have for de kommende Artemis-missioner?

"Kortsigtede månebesøg, såsom de planlagte Artemis-missioner, ville ikke kræve månevand," siger Dr. Lee til Universe Today. "I disse tilfælde kunne der bringes tilstrækkeligt med vand fra Jorden. Men hvis en månekoloni på et tidspunkt i fremtiden skulle blive en prioritet, kunne fremtidige Artemis-missioner tjene til at give værdifuld in situ information om månens tilstedeværelse og overflod. vand, især ved månens sydpol og i nærheden af ​​Shackleton-krateret (et ideelt område for en månebase)."