Når det kommer til at sende mennesker tilbage til månen, ved at vide, hvordan man arbejder med regolitten, der belægger jorden, vil være make-or-break. Phil Metzger studerer, hvordan man mindsker sine farer og bruger den som en afgørende ressource
Enhver astronauter, der når månens overflade, vil blive mødt først af en skum af snavs, der sendes flyvende af boostere af deres rumfartøj. De vil dukke op og sætte bootaftryk i snavs, tage prøver og studere snavs, og til sidst kan de bruge snavs til at gøre det nødvendige brændstof og andre forsyninger for at opretholde en langvarig måneværdi. Når det kommer til at udforske månen, handler det om snavs.
Planetarisk fysiker Philip Metzger ved University of Central Florida er kongen af Moon Dirt eller Regolith. I 2013 grundlagde han en gruppe forskningslaboratorier ved NASAs Kennedy Space Center, Florida, hvor forskerteam tilbringer deres dage med at arbejde med kunstig månens regolit, som prøven, der er afbildet nedenfor, for at lære, hvordan det opfører sig, og hvad vi vil være i stand til at gøre med det. Med NASAs Artemis -program, der sigter mod at sætte mennesker tilbage på månens overflade i 2027 og til sidst oprettede en permanent base der, bliver viden stadig vigtig.
Regolith vil både være en fare for astronauter, når de lander og en afgørende ressource, når de bygger. Metzger samarbejder med forskere på en række laboratorier, der finder ud af, hvordan man beskytter astronauter og deres boliger mod de spidse, farlige støvkorn, og hvordan man bruger snavs til at fremstille raketbrændstof og strålingsafskærmning.
Han talte med Ny videnskabsmand Om, hvordan en permanent menneskelig tilstedeværelse på månen kan se ud, hvorfor Regolith er så vigtig for denne vision, og hvor forståelse af dette tykke lag af murbrokker endda kunne afsløre hemmelighederne i Jordens fortid.
Swapna Krishna: Hvad blev du først begejstret for at arbejde med Regolith?
Philip Metzger: Jeg lavede en felttest af Lunar -robotprototyper på Hawaii, op på vulkanen Mauna Kea, tilbage i 2010. Jeg tænkte på, hvordan det var så tørt og koldt på dette bjerg, og der var meget lidt vegetation, og det var lidt som månen. Derfor testede vi på det, fordi det svarede til månen. Jeg blev nødt til at tænke, du ved, ikke meget liv kan eksistere så højt op ad bjerget naturligt, men vi skaber disse robotter, der tjener andre robotter. Vi testede robotter, der ville gøre ilt ud af jorden, og så ville andre robotter få ilt til at være i stand til at køre, og andre kunne gøre brændstof til at lancere raketter.
Det er lidt som om vi laver en lille økologi, ligesom livet, der er tilpasset til at være på et vandløs sted. Og det er virkelig, hvad det vil tage. Hvis vi vil krydse det hav af rummet til disse andre øer, har vi brug for livet for at gå foran os for at forberede det.
Hvilket er hvad vi laver: udvikling af et kunstigt liv, en kunstig økologi, der kan gengive ved hjælp af lokale ressourcer, men uden vand. Det fik mig alle begejstrede for at tænke over det.
Du skal lande på det, køre på det, grave i det, bygge med det og studere det
NASA forbereder sig på at lande astronauter på månen med sin Artemis III -mission – hvad vil de stå over for den landing?
Der er problemer med landing, fordi raketudstødningen vil blæse rundt om jorden, og det kan skjule dit syn. Dine sensorer kan ikke se jorden også.
Med en meget stor raket kunne du endda skabe et hul. Vi producerede ikke nogen huller under landers under Apollo -programmet, men med disse større raketter, hvis du har dyser, der går tæt på jorden med en masse tryk, kunne det grave et dybt hul og kan forårsage en direkte vippefare til raketten. Når du slukker for din motor, vil det hul kollapse. Det vil grotte ind, og derefter kan din raket tip.
Det andet problem er, at når du først har skubbet jorden ned for at skabe et dybere hul, går gassen ned i hullet og skal komme ud igen. Du skyder sand og klipper og støv lige tilbage på din raket, så du kan straks skade din raket med klippekonsekvenser.
Hvad er nogle af de andre ting, som astronauter bliver nødt til at finde ud af med Regolith efter landing?
Jeg kan godt lide at sige, at du er nødt til at lande på det, køre på det, grave i det, bygge med det, udtrække ressourcer fra det og studere det.
Landing på det er først. Så kommer kørsel på det – vi vil sikre, at køretøjer ikke sidder fast. Vi graver i det for at udforske, hvad der er under overfladen og indsamler Regolith som en ressource. Men vi prøver at grave i super lav tyngdekraft, så hvordan får du nok kraft, når du skubber en spand gennem jorden? På jorden vil hjulene på en rover på jorden forhindre dig i at gå baglæns, men der er ikke meget kraft på de hjul på månen, fordi tyngdekraften er så lav. Derfor arbejder vi med teknikker til grave med lav tyngdekraft.
Derefter vil du bygge med regolitten. Til sidst vil vi begynde at bygge landingspuder. Vi ønsker at udtrække ressourcer som ilt og is til raketbrændstof. Og selvfølgelig vil vi fra begyndelsen studere det.
Hvordan finder vi ud af, hvordan vi gør alle disse ting, med så lidt faktisk måne støv at arbejde med på jorden?
Forskere ved Florida Space Institute’s Exolith Lab, som er et af de laboratorier, jeg ofte besøger, gik over hele Nordamerika og fandt alle de rigtige miner for at få de rigtige mineraler, så de kan knuse dem og blande dem i den rigtige andel, så det ‘ Jeg er ligesom mineralogien af månejord. De knuser alle disse forskellige slags klipper og blander dem i cementblandere. Mit team og jeg går derefter regelmæssigt ind på denne gigantiske arena, hvor vi har masser af simulerede jord- og testraketudstødninger, der blæser på den eller robotter, der kører på den.
Et af målene for al denne forskning er at støtte en langsigtet menneskelig tilstedeværelse på månen. Hvordan tror du, der vil se ud?
Et problem er, at du på grund af strålingen skal være under jorden. Jeg tror ikke, folk vil ønske at leve hele deres liv i en hule. Jeg tror, folk vil leve i rumstationer, der kredser rundt om månen, der roterer, så der er kunstig tyngdekraft, og de vil teleoperere robotter ned på overfladen.
Men folk går ned i korte perioder, måske i en måned ad gangen. Så de flyver ned til månen og lever i et habitat. Habitatet er sandsynligvis dækket med Regolith, så det er strålingsafskærmet. Og de vil være i stand til at gå ud på rumvandring for at udføre geologi eller arbejde på robotterne.
Efter deres uge eller måned eller hvor længe på overfladen går de tilbage til rumstationen, hvor de muligvis bliver i et år, før de kommer tilbage til Jorden.
Jeg tror til sidst, når vi har virkelig stor industri i rummet med en masse robotik, så vil vi være i stand til at opbygge virkelig gigantiske levesteder i rummet, hvor folk kan leve på lang sigt. De vil være store nok, så du psykologisk ikke føler dig trang. Men det vil tage årtier, hvis ikke et århundrede, med at opbygge robotindustrien i rummet, før vi kan bygge strukturer, der er store.
Fremtidige astronauter kan kalde enorme roterende rumstationer hjem
Er det virkelig værd eller endda muligt at mine ressourcer og skabe raketbrændstof på månen?
Absolut. Jeg bliver frustreret over de mennesker, der hævder, at det aldrig vil være økonomisk levedygtige. De sagde: “(SpaceX’s) Starship bliver så billigt at lancere, vi kan bare bruge det til at sende raketbrændstof ud i rummet fra Jorden”. Jeg vil argumentere tilbage, ja, men hvis det er så billigt at lancere, betyder det, at udstyret til minedrift også kan lanceres meget billigt.
Månen er 42 procent ilt efter masse. Det er en stor stor kæmpe malmkrop af ilt deroppe på himlen. Og de største omkostninger ved rumflyvning er at lancere ilt. Når du lancerer en stor tank med raketdrivmiddel i rummet, er 80 procent af denne vægt ilt – hvis du kan få det ilt fra månen, er det en enorm besparelse.
Omkostningerne ved at fremstille raketdrivmiddel på månen vil falde hurtigere end omkostningerne ved at lancere den fra Jorden. Nu kan det tage et par år, før det er billigere at bringe den fra månen helt ned til lav jordbane. Men det vil straks være billigere at bruge raketbrændstof lavet på månen til rumfartøjer i månebane.
Hvad kan vi ellers bruge Regolith til?
En anden ting, du kan gøre, er at lave metal til brug i opbygning af levesteder og andre strukturer på månen. Du kan fremstille magnesium, jern, aluminium og titan ved hjælp af nogle af mineraler i regolit. Du kan også blot scoop regolith op og bruge det som et byggemateriale.
Såvel som dette i jorden ved månens poler er der is. Vi har brug for vand til en masse ting – vi har brug for det til livsstøtte, vi har brug for det til landbrug. Nu er der udfordringer der, fordi Regolith har en masse metaller i det, og dets korn er meget skarpe. Det er i modsætning til jordkornene på jorden, som er meget mere afrundede takket være naturlig forvitring. Vi har mennesker i vores laboratorium, der undersøger, hvordan man bruger månejord som et plantevækstmedium, fordi de kantede, fine partikler og tungmetaller er problemer for det, ligesom manglen på organisk materiale.
En anden stor brug er bare at gøre videnskab.
Hvilken slags videnskab kan vi gøre med måne støv, bortset fra at lære om selve månen?
Månen er som Jordens loft. Hvis du går til et gammelt hus, der har eksisteret i et par hundrede år, skal du gå op på loftet, og der er alle disse antikviteter, og familiehistorien er deroppe.
Nå, her på jorden bliver en masse af planetens historie ødelagt på grund af forvitring og tektonik, der genanvender skorpen. Men månen har ingen vandcyklus til at ødelægge klipperne, og den har ingen pladetektonik. Så der er en masse historie om vores solsystem opbevaret i Månens regolit.
For eksempel tror vi, at isen på månen kom fra kometer, og de kan have været resultatet af en bombardement, der fandt sted for mere end 3 milliarder år siden. Vi tror, at denne bombardement kan være afgørende for at forstå, hvordan livet kan eksistere på jorden, Fordi det kan være det, der bragte vand til vores planet.
Hvis vi ønsker at finde ud af historien om, hvad der forårsagede denne bombardement, er vi nødt til at gå til månen, studere denne is og studere kraterne der. Hvis vi kan forstå, hvordan Jorden blev en beboelig planet, vil det hjælpe os med at forstå, hvilken brøkdel af andre planeter derude i kosmos muligvis også være beboelig. Besvarelse af spørgsmålet om, hvorvidt der kunne være liv andetsteds i vores galakse, er det et svar, som vi kommer til at få ved at studere jorden på månen.