In deze opwindende maar uitdagende periode van ruimteverkenning nadert de tijd snel voor serieuze ontwerpconcepten voor de eerste habitats die op het maanlandschap zullen worden gebouwd. In eerdere artikelen hebben we de gevaren onderzocht die aan een dergelijke inspanning zijn verbonden, we hebben gekeken naar de constructies die ons ter beschikking staan, we hebben zelfs een bepaalde hangaarachtige structuur gedetailleerd die mogelijk gebruik maakt van lokaal gewonnen materialen. Nu bekijken we de mogelijke infrastructuurelementen die nodig zijn om een levensvatbare kolonie op de maan te ondersteunen. Florian Ruess, een bouwkundig ingenieur die werkt aan de toekomst van habitats in extreme omgevingen, nam ook wat tijd met het Space Magazine om zijn mening te geven over de toekomst van de mensheid op maangrond ...
Stel je voor dat je probeert een structuur op het oppervlak van de maan te bouwen. Twee van de grootste obstakels die de eerste maanbewoners zullen tegenkomen, zijn de zeer lage zwaartekracht en het fijne stof dat allerlei bouwproblemen veroorzaakt. Hoewel het waarschijnlijk lijkt dat de eerste habitats door geautomatiseerde processen zullen worden gebouwd voordat de mensheid zelfs maar voet op de maan zet, zal de fabricage van een nederzettingsinfrastructuur van primair belang zijn voor ingenieurs, zodat de bouw zo efficiënt mogelijk kan worden gemaakt.
Infrastructuur zal een van de belangrijkste factoren zijn voor missieplanners. Hoe worden bouwmaterialen vervaardigd? Hoe wordt materiaal geleverd aan bouwvakkers? Hoe wordt kostbaar water en voedsel aan de jonge maankolonie geleverd? Kunnen voertuigen met weinig moeite van A naar B gaan?
Historische voorbeelden van de effectiviteit van een efficiënte transportinfrastructuur zijn te zien in de samensmelting van steden rond rivieren (traditioneel de snelste manier om mensen en materiaal door een land te vervoeren). Kanalen waren van groot belang om steden tot leven te brengen tijdens de industriële revolutie in het Verenigd Koninkrijk aan het einde van de 18e eeuw. Aangezien de spoorlijnen in de laatste helft van de 19e eeuw het oosten en westen van Noord-Amerika met elkaar verbonden, werd de bevolking versneld versneld door de nieuwe, toegankelijke landbouwgronden te ontwortelen en 'thuis te brengen'. In de afgelopen 50 jaar is het "snelwegeffect van Zuid-Californië" verantwoordelijk voor de toename van benzinestations, restaurants, winkels, gevolgd door woonwijken voor arbeiders - uiteindelijk zijn hele steden en dorpen gebaseerd op het gemak van toegang voor transport.
De toekomstige bemande kolonisatie van de maan en Mars zal hoogstwaarschijnlijk gebaseerd zijn op een vergelijkbaar principe; het succes van een maanregeling hangt sterk af van de efficiëntie van de transportstructuur.
Het lijkt waarschijnlijk dat het meeste vervoer rond de maan zal afhangen van verrijdbare methoden, gevolgd door terrestrische voertuigen en beproefde "maanbuggy's" van de Apollo-missies in de jaren 60 en 70. Er zijn echter enkele belangrijke nadelen. Florian Ruess, bouwkundig ingenieur en medewerker van Haym Benaroya (wiens publicatie dit artikel is gebaseerd) wijst op dit probleem en wijst op enkele problemen met dit transportmiddel:
“Voor elke missie zal er altijd behoefte zijn aan individueel transport en de voor de hand liggende oplossing is een wielvoertuig. Maar er zijn een aantal ernstige problemen met deze oplossing:
- Verminderde tractie. 1/6 zwaartekracht en de maanbodem maken tractie een probleem, net zoals bij [the Mars Exploration Rovers] Spirit and Opportunity on Mars kan men gemakkelijk vastlopen of heeft hij te veel kracht nodig om zich te verplaatsen.
- Stof. De Apollo-ervaring leert dat er veel stof zweeft bij wielvoertuigen. Dit stof is gevaarlijk voor machines en mensen bij het inademen.”
- Florian Ruess (privécommunicatie)
Dus rondreizen in een aangepaste "duinbuggy" is misschien niet het antwoord voor een gevestigde maanbasis, er zou een vorm van wegeninfrastructuur nodig zijn als vervoer op wielen wordt gebruikt.
Storend stof op het maanoppervlak is verre van een klein probleem. Uit NASA's ervaring met de Apollo-missies, was verreweg de grootste bijdrage aan stofontwikkeling het opstijgen en landen van maanmodules. 50% van de regolith is kleiner dan fijn zand en ongeveer 20% is kleiner dan de "stoffige" 0,02 mm die de eerste schoenafdrukken van Neil Armstrong behield. Het is dit zeer fijne onderdeel van de regoliet dat een groot aantal mechanische en gezondheidsproblemen kan veroorzaken:
- Visusstoornis
- Onjuiste instrumentaflezingen
- Stofcoating
- Verlies van tractie
- Verstopping van mechanismen
- Slijtage
- Problemen met thermische controle
- Seal mislukkingen
- Inademing
Het lijkt daarom voor de hand te liggen dat stofvorming tot het absolute minimum moet worden beperkt, aangezien deze factor de infrastructuur van de nederzetting ernstig zou kunnen hinderen.
Wegen zijn het perfecte antwoord op de nieuwe maankolonie. Ze zouden voertuigen op wielen voorzien van de broodnodige tractie (en hebben daardoor een domino-effect op het brandstofverbruik van het voertuig) en kunnen de hoeveelheid stofvering aanzienlijk verminderen, vooral als het wegdek boven de omliggende regolith wordt verheven. Wegen hebben echter hun nadelen. Ze zijn enorm duur en kunnen erg moeilijk te bouwen zijn. Regoliet samensmelten om een taai oppervlak te vormen kan een antwoord zijn, maar zoals Ruess opmerkte: "... dit vereist enorme energieën, die niet alleen door zonne-energie kunnen worden geleverd." Er zou dus een alternatieve vorm van energie nodig zijn om zo'n constructie uit te voeren.
Hoewel wegenbouw zeer wenselijk zou zijn, is het misschien niet mogelijk, althans niet in de vroege stadia van de ontwikkeling van maannederzettingen. Een opkomende ontwikkeling in alternatief ruimtevervoer is de verticale start- en landingsmethode, maar zoals eerder vermeld, produceert raketaangedreven start en landing enorme hoeveelheden stof. Maar als er meerdere bases op de maan zijn, kan dit een mogelijkheid zijn: "... veel mensen bevelen verschillende oplossingen aan voor routes die vaak worden gebruikt, zoals van het landingsplatform naar de nederzetting of van de ene nederzetting naar de andere gaan", Voegt Ruess toe.
Een andere oplossing is een gevestigde vorm van transport. Het volledig vermijden van contact met het oppervlak, dus het verminderen van stof en het vermijden van obstakels, kan een maankabelbaan een haalbare mogelijkheid zijn. Het lijkt waarschijnlijk dat een dergelijk kabelbaanvervoersnetwerk zeer effectief zou zijn. "Op de Maan zullen zeer grote overspanningen mogelijk zijn en daarom kost de infrastructuur geen buitensporige kosten", benadrukt Ruess. Deze mogelijkheid wordt serieus overwogen door planners van maannederzettingen.
Terugkijkend op de vorige artikelen in de serie, merkt Florian Ruess op of de maanbasis mobiel kan zijn en wijst hij op enkele van de grote moeilijkheden waarmee planningsplanners worden geconfronteerd als lokaal gewonnen materiaal wordt gebruikt:
“Ik ben geen grote fan van mobiele bases. Zo'n systeem dat energieopwekking, communicatie en vooral langdurige meteoroïde- en stralingsbescherming omvat, lijkt mij niet haalbaar. Maar de voertuigen op wielen kunnen onder druk staande ontwerpen zijn die in staat zijn om meerdaagse wetenschappelijke missies te vervullen. Dit zou een goede oplossing zijn om de mogelijkheden van een permanente basis uit te breiden.
“Lokale materialen zijn een cruciaal maar moeilijk probleem. Mijn onderzoek tot nu toe heeft aangetoond dat we pas in staat zouden zijn om habitats te durven en te bouwen uit lokale materialen, nadat er een bepaalde aanwezigheid is vastgesteld en ervaring is opgedaan met maanproblemen en materialen. Zeker niet voordat de mens voet op de maan zet. En vergeet alsjeblieft het veel geciteerde maanbeton! Er zijn zoveel showstoppers voor dit denkbeeldige materiaal dat ik ze niet eens wil noemen. De enige vroege lokale materiaaltoepassing die ik zie, is meteoroïde- en stralingsbescherming met regolith als beschermend materiaal.”
- Een maanbasis bouwen: deel 1 - uitdagingen en gevaren
- Een maanbasis bouwen: deel 2 - Habitatconcepten
- Een maanbasis bouwen: deel 3 - Structureel ontwerp
- Een maanbasis bouwen: deel 4 - Infrastructuur en transport
"Building a Moon Base" is gebaseerd op onderzoek van Haym Benaroya en Leonhard Bernold ("Engineering van maanbasissen“)
Plus een exclusief interview met Florian Ruess, constructeur van extreme habitats en oprichter van Habitats for Extreme Environments - HE2
-Florian Ruess, privécommunicatie.
Veel dank aan Florian Ruess voor zijn tijd bij het bijdragen aan dit artikel. Bezoek zijn website voor meer informatie over zijn werk en het ontwerpen van habitats voor extreme omgevingen: HE-squared.com.
Voor meer informatie over de toekomst van de maannederzetting, bekijk de Moon Society en de samenwerkingsbron Lunarpedia.
