Księżycowa noc to mrok, -150 stopni i śmierć maszyn. Europa ma na to pomysł

Europa przygotowuje się do budowy stacji, która mogłaby działać na Księżycu przez wiele lat. Nie będzie to jednak baza mieszkalna dla astronautów. OASIS ma stać się czymś w rodzaju niewielkiej elektrowni i centrum łączności, do którego naukowcy będą podłączać instrumenty badawcze. Najważniejsze, że urządzenie ma utrzymywać je przy życiu również podczas trwającej dwa ziemskie tygodnie księżycowej nocy.

Europejska Agencja Kosmiczna wybrała już firmę odpowiedzialną za przygotowanie projektu. Niemiecki koncern OHB otrzymał zlecenie opracowania studium wykonalności i wstępnej konstrukcji stacji. Jeśli przedsięwzięcie dojdzie do skutku, przyszłe eksperymenty nie będą musiały zabierać na Księżyc własnych, ciężkich systemów zasilania i komunikacji.

Jednym z największych problemów eksploracji Księżyca wcale nie jest samo lądowanie. Równie trudne okazuje się utrzymywanie urządzeń przy życiu po zachodzie Słońca. Na większości powierzchni naszego naturalnego satelity noc trwa około 14 ziemskich dni.

W tym czasie temperatura może spaść nawet do około -150 st. C. Panele fotowoltaiczne przestają produkować energię, akumulatory stopniowo się rozładowują, a elektronika i instrumenty badawcze wymagają ochrony przed skrajnym zimnem.

Wiele księżycowych misji projektowano więc z myślą o działaniu wyłącznie podczas jednego dnia. Dobrym przykładem jest amerykański lądownik Odysseus, którego planowany okres pracy obejmował około 2 tygodni. Po nadejściu nocy maszyna nie miała już odpowiednich warunków do kontynuowania badań.

ESA zamierza rozwiązać ten problem za pomocą wspólnej infrastruktury. Zamiast wyposażać każdy instrument w duży akumulator, system ogrzewania i urządzenia łączności, chce dostarczyć na Księżyc stację, która będzie obsługiwać kilka eksperymentów jednocześnie.

Projekt otrzymał nazwę OASIS, czyli Outpost for Advanced Scientific Investigation Station. W podstawowej konfiguracji ma składać się z modułu usługowego, paneli słonecznych oraz oddzielnego zespołu akumulatorów.

W ciągu księżycowego dnia instalacja będzie wytwarzać energię elektryczną i magazynować jej nadwyżki. Gdy Słońce zajdzie, akumulatory zapewnią zasilanie niezbędne do przetrwania podłączonych urządzeń. Te będą mogły przejść w stan uśpienia i wznowić badania po powrocie światła.

ESA określiła już nawet wstępne wymagania energetyczne. OASIS ma dostarczać co najmniej 75 W mocy w ciągu dnia oraz 15 W w nocy. Nie są to wartości pozwalające zasilać dużą bazę astronautów, ale mogą wystarczyć niewielkim instrumentom naukowym.

Stacja ma także zapewniać przesyłanie i przechowywanie danych. Przewidziano jedno połączenie dla aparatury zamontowanej bezpośrednio na lądowniku oraz 3 dodatkowe złącza dla urządzeń ustawionych na powierzchni.

Z takiego rozwiązania mogłyby korzystać m.in. czujniki sejsmiczne, instrumenty badające promieniowanie czy urządzenia służące do testowania nowych technologii. Każdy z nich otrzymałby dostęp do wspólnego zaplecza, zamiast samodzielnie realizować wszystkie funkcje potrzebne do przetrwania.

Podobny problem dostarczania energii do księżycowych robotów pojawił się w rozwijanej przez NASA koncepcji drona LUX. Tam zaproponowano wykorzystanie lasera i światłowodu do zasilania maszyny eksplorującej podziemną jaskinię. OASIS stawia na bardziej klasyczne rozwiązanie, ale jego idea jest podobna: oddzielić aparaturę badawczą od ciężkiej infrastruktury energetycznej.

OASIS nie ma być jednak samodzielnym projektem. ESA zamierza wykorzystać rozwijane równolegle programy transportu i łączności księżycowej. Stacja mogłaby dotrzeć na powierzchnię za pomocą lądownika Argonaut, transportowanego rakietą Ariane 6 w konfiguracji z 4 dodatkowymi silnikami wspomagającymi. Argonaut to europejski system dostarczania ładunków, który ma przewozić nawet 1500 kg sprzętu, w tym łaziki, instrumenty naukowe i zaopatrzenie.

Pierwsza misja Argonauta jest obecnie planowana na koniec 2030 r. Nie oznacza to jednak, że właśnie wtedy poleci OASIS. Europejska agencja nie wskazała jeszcze konkretnego lotu, który miałby dostarczyć stację na Księżyc. Drugim elementem układanki będzie Moonlight, europejska infrastruktura satelitarna zapewniająca łączność i nawigację wokół Srebrnego Globu. Pierwszym krokiem ma być satelita Lunar Pathfinder, umożliwiający przekazywanie danych pomiędzy urządzeniami na powierzchni a Ziemią.

Na Spider’s Web opisywaliśmy już udział polskich naukowców w projektowaniu systemu Moonlight. Zespół z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu opracowywał rozwiązania pozwalające precyzyjnie określać położenie satelitów poruszających się po skomplikowanych orbitach wokół Księżyca.

OASIS mogłaby korzystać z tej infrastruktury, przesyłając na Ziemię dane pochodzące od podłączonych eksperymentów. Powstałby w ten sposób system łączący transport, energię i komunikację.

Jednym z pierwszych instrumentów przewidzianych do współpracy ze stacją jest ECHO, czyli Environment Characterisation and Heliophysics Observatory. Jego zadaniem będzie badanie środowiska księżycowego oraz zjawisk związanych z aktywnością Słońca.

Takie pomiary mają kolosane znaczenie dla przyszłych misji. Księżyc nie posiada globalnego pola magnetycznego ani gęstej atmosfery, które na Ziemi chronią nas przed znaczną częścią promieniowania kosmicznego i skutków aktywności słonecznej. Możliwość prowadzenia wieloletnich obserwacji pozwoliłaby sprawdzać, jak warunki zmieniają się w czasie i jaki wpływ mogą mieć na aparaturę znajdującą się na powierzchni.

Pomysł wspólnej infrastruktury naukowej nie jest zresztą całkowicie nowy. Podczas programu Apollo astronauci pozostawiali na Księżycu zestawy instrumentów ALSEP, które działały również po ich powrocie na Ziemię. OASIS rozwija podobną zasadę, ale z myślą o wielu misjach robotycznych i systemie przygotowanym do dalszej rozbudowy.

ESA rozważa już kolejne zastosowania stacji. W przyszłości mogłaby dostarczać energię urządzeniom znajdującym się dalej od lądownika, a nawet zapewniać osłonięte miejsca, w których łaziki przeczekiwałyby księżycową noc. Byłby to rodzaj garażu dla robotów, które nie musiałyby za każdym razem wracać na Ziemię ani kończyć pracy po zachodzie Słońca.

Na razie OASIS pozostaje na etapie studium wykonalności i wstępnego projektowania. ESA powierzyła te prace OHB System AG, a wstępna konfiguracja przeszła etap przeglądu wymagań systemowych. Nie ujawniono jeszcze ostatecznej masy stacji, kosztów budowy ani daty startu.

Przedsięwzięcie jest częścią szerszego kierunku rozwoju księżycowej infrastruktury. NASA przygotowuje własny program budowy bazy na Księżycu, obejmujący stopniowe rozmieszczanie instalacji energetycznych, pojazdów i zaplecza dla astronautów.

Amerykanie planują również wykorzystanie reaktorów jądrowych do zapewnienia energii niezależnie od nasłonecznienia. Europejska koncepcja ma znacznie mniejszą skalę i opiera się na panelach słonecznych oraz akumulatorach, ale odpowiada na podobną potrzebę.

Jednocześnie rośnie zainteresowanie wykorzystaniem księżycowych zasobów. Niedawno pisaliśmy o projekcie LUNAVEST, w którym polska firma MIRORES ma zbadać ekonomiczną opłacalność pozyskiwania surowców na Księżycu. Takie przedsięwzięcia również będą potrzebowały niezawodnej energii i łączności.

Przeczytaj także:

OASIS nie oznacza więc, że Europa rozpoczyna właśnie budowę własnego księżycowego miasta. To znacznie skromniejszy, ale szalenie praktyczny pomysł na zapewnienie wspólnego zaplecza dla przyszłych eksperymentów.

Jeśli uda się go zrealizować, to każda kolejna misja nie będzie musiała budować wszystkiego od początku. Instrumenty naukowe będą mogły korzystać z wcześniej przygotowanej infrastruktury, prowadzić obserwacje przez lata i przetrwać okresy, które dziś kończą działalność wielu księżycowych urządzeń.

*Źródło grafiki wprowadzającej: ESA / Canva Pro