چالش زنده ماندن در شب‌های ماه برای فضانوردان

به گزارش گروه دانش و فناوری اقتصاد ۱۰۰ و به نقل از ایسنا، اگرچه چندین کشور در حال حاضر راهبردهای اکتشاف ماه را طراحی می‌کنند اما فکر کردن به چگونه زنده ماندن در شب قمری، عرق سرد را بر پیشانی مهندسان فضایی می‌نشاند.

چرخه روز/شب قمری در بیشتر نقاط روی سطح ماه، شامل ۱۴ روز زمینی با نور خورشید مداوم و به دنبال آن ۱۴ روز تاریکی ثابت و سرمای شدید است.

به دلیل عدم وجود جو معتدل، دمای سطح ماه می‌تواند از ۱۲۰ درجه سلسیوس در روز تا منفی ۱۸۰ درجه سلسیوس در طول شب متغیر باشد. "مناطق دائما سایه‌دار"(PSRs) در ماه می‌توانند حتی سردتر باشند و دمای آنها ممکن است تا منفی ۲۴۰ درجه سلسیوس کاهش پیدا کند.

مزایا و معایب

تمام این مزایا و معایب، یکی از چالش‌برانگیزترین چالش‌های زیست‌محیطی هستند که سفرهای آینده به مقصد ماه با آنها روبه‌رو خواهند شد. دستیابی به رویای اقامت طولانی‌تر انسان در ماه و شاید به دست آوردن موقعیت دائمی در آن، به معنای مقابله با محیط ناملایم ماه است.

دهانه‌های موجود در مناطقی که دائما سایه‌دار هستند، نقاط پنهان از خورشید در ماه هستند که ممکن است مقادیری یخ آب در آنها قرار داشته باشد. این رسوبات برای پردازش به اکسیژن، آب و حتی سوخت موشک، ایده‌آل هستند.

افرادی که برای اکتشاف در ماه برنامه‌ریزی می‌کنند، در حال بررسی این موضوع هستند که برای داشتن عملکرد موفقیت‌آمیز در ماه، به ویژه در قطب جنوبی ماه که مملو از مناطق دائما سایه‌دار و احتمالا بهشتی غنی برای برداشت یخ آب است، چه کار باید کرد اما واقعیت این است که این کار آسان نیست.

مشکل اساسی

"دین اپلر"(Dean Eppler)، دانشمند ارشد ماه در شرکت هوافضای آمریکایی "اروسپیس کورپوریشن"(Aerospace Corporation) باور دارد که زنده ماندن در شب‌های ماه نه تنها یک موضوع کلیدی برای ساخت یک پایگاه در قطب جنوبی ماه به شمار می‌رود، بلکه در مورد هر قسمتی از ماه که بخواهیم بیشتر از روز قمری در آن باشیم، مهم است.

اپلر در مصاحبه با اسپیس گفت: من فکر می‌کنم مشکل اساسی، دو دسته است. نخست، بقای ساده در طول شب قمری و عملیات در طول شب صرف نظر از این که آیا این یک چرخه شب عادی است که در هر نقطه‌ای غیر از قطب‌ها مشاهده می‌شود یا خیر. دوم، تاریکی متغیری که در قطب‌ها به دلیل زاویه شیب خورشیدی بسیار کم پیش می‌آید.

اپلر ادامه داد: شما زمین‌شناسی میدانی را در شب انجام نمی‌دهید اما احتمالا همین زمان، مناسب انجام دادن فعالیت‌های داخلی مانند علوم زیستی، تجزیه و تحلیل نمونه‌ها و نمونه‌برداری، کارهای مهندسی و نگهداری است. این وظایف عمدتا در طول روز که خدمه درگیر عملیات پیاده‌روی روی ماه هستند، انجام نمی‌شوند.

اپلر نسبت به تسلط بر شب قمری خوش‌بین است. وی افزود: من فکر می‌کنم اکنون نسبت به هر زمان دیگری که به اکتشاف ماه فکر می‌کردیم، بسیار مجهزتر هستیم.

ماه عمیقا سرد است

اگرچه زنده ماندن در شب قمری در بیرون از مناطق قطبی هنوز یک مشکل است اما اپلر معتقد است که انسان‌ها کنترل این وضعیت را به خوبی در اختیار می‌گیرند و همچنین، کنترل مناطقی از قطب‌ها که تحت سایه هستند، امکان‌پذیر است.

در هر حال، وقتی نوبت به قطب‌ها می‌رسد، اپلر مشکل بسیار پیچیده‌تری را می‌بیند. نخست این که مناطق قابل توجهی وجود خواهند داشت که به اندازه کافی در سایه قرار می‌گیرند و بسیار سرد می‌شوند. این مناطق جزو مناطق دائما سایه‌دار نیستند اما شب آنها هنوز هم به شب استوایی شباهت دارد.

دوم این که ما باید با مشکلات کار کردن در مناطق دائما سایه‌دار یا مناطقی که اگرچه در سایه دائمی نیستند اما در بیشتر مواقع در سایه قرار دارند، دست و پنجه نرم کنیم. اپلر گفت: تا جایی که من فکر می‌کنم، این یک چالش بزرگ است. برای مثال، ما به مجموعه‌ای از دستگاه‌ها نیاز داریم که فقط در شرایط سرد از آنها استفاده ‌کنیم.

نگه داشتن گرما

"فیلیپ متزگر"(Philip Metzger)، دانشمند سیاره‌شناسی "مؤسسه فضایی فلوریدا"(Florida Space Institute) در "دانشگاه مرکز فلوریدا"(UCF) باور دارد که مقابله با سرمای فوق‌العاده نباید مشکل دشواری برای حل کردن باشد.

متزگر گفت: حتی با صرف کردن کمی انرژی و عایق خوب، می‌توان فضاپیما را گرم نگه داشت. فضاپیمای "نیو هورایزنز"(New Horizons) حتی زمانی که در پلوتو از خورشید دور بود، وسایل الکترونیکی خود را در دمای اتاق نگه داشت.

موضوع مهم این است که روی ماه از کجا می‌توانیم انرژی را دریافت کنیم؟ برای مثال، می‌توان از منابع "واپاشی رادیواکتیو"(Radioactive decay) استفاده کرد. متزگر گفت که "واحدهای گرمکن رادیواکتیو"(RHUs) را می‌توان در نقاط مناسبی روی وسیله نقلیه قرار داد؛ اگرچه این کار بدون منبع رادیواکتیو چالش‌برانگیزتر می‌شود.

متزگر، یک طرح مستقل را پیش‌بینی می‌کند که ظرفیت باتری کافی را برای حفظ گرما در طول شب دارد. وی افزود: شاید یک مریخ‌نورد بتواند در طول شب به برق متصل شود. پس از طلوع خورشید، امکان شارژ دوباره فراهم می‌شود. این طرح برای ذخیره‌سازی کافی، حجمی را در ماه اشغال می‌کند اما با فرودگرهای جدید ماه، از جمله "استارشیپ"(Starship) شرکت "اسپیس ایکس"(SpaceX) که آنلاین می‌شود، باید به راحتی قابل انجام دادن باشد.

مجموعه خوبی از فرضیات

"نوآ پترو"(Noah Petro)، پژوهشگر "مرکز پرواز فضایی گادرد"(GSFC) ناسا معتقد است که مجموعه داده‌های امروزی، داده‌های دمایی مهم ماه را فراهم می‌کنند. پترو، دانشمند پروژه "مدارگرد شناسایی ماه"(LRO) ناسا است که اکنون به دور ماه می‌چرخد.

پترو گفت: خوشبختانه داده‌های مربوط به دما که از دستگاه موسوم به "Diviner" در مدارگرد شناسایی ماه به دست آورده‌ایم، مجموعه‌ فوق‌العاده‌ای از شرایط مرزی را برای انتظارات حرارتی در قطب‌ها به ما ارائه کرده‌اند. با کمک این مجموعه داده‌ها می‌توانیم دمای سرد مورد انتظار در شب و میزان گرما در روز را بدانیم.

پترو گفت که در مورد ظرفیت مهندسی برای تولید سخت‌افزار، او پیش‌بینی می‌کند که موضوع بقای ماه می‌تواند مبتنی بر یک درک قبلی از الزامات مهندسی برای کار کردن در شب‌های قمری باشد.

پیامی از آپولو

"کلایو نیل"(Clive Neal)، کارشناس اکتشاف ماه در بخش مهندسی عمران و محیط زیست "دانشگاه نوتردام"(University of Notre Dame) در ایندیانا گفت که با نگاهی به دوران "آپولو"(Apollo) در قرن بیستم، درس‌هایی وجود دارد که باید دوباره یاد گرفت.

نیل خاطرنشان کرد که "بسته آزمایش‌های سطح ماه آپولو"(ALSEP) شامل تجهیزات علمی است که توسط ماه‌نوردان در محل فرود هر یک از پنج مأموریت آپولو، برای فرود آمدن روی ماه پس از ماموریت "آپولو ۱۱"(Apollo 11) تنظیم شده است. "نیل آرمسترانگ"(Neil Armstrong) و "باز آلدرین"(Buzz Aldrin)، مجموعه کوچکتری از دستگاه‌ها به نام بسته آزمایش‌های علمی اولیه آپولو را باقی گذاشتند.

با وجود این، نیل گفت که مسئله این است که آیا انرژی خورشیدی، راهی برای انجام دادن این کار است؟ آیا فناوری باتری آنقدر خوب است که امکان عملیات در شب قمری را فراهم کند؟

نیل ادامه داد: برای بسیاری از کارها، زنده ماندن در شب به اندازه کافی خوب نیست. به عقیده من، ما باید بتوانیم کار خود را با کاری که ۵۰ سال پیش انجام شد، مطابقت دهیم.

لباس‌های فضایی ماه

قدم زدن و کار کردن روی قلمروی ماه به سبک ماموریت "آرتمیس"(Artemis) چگونه خواهد بود؟

اپلر گفت: در مورد ساختار لباس‌های فضایی ماه، از جمله چکمه‌ها، دستکش‌ها و سیستم پشتیبانی حیات که قابل حمل و شبیه به کوله‌پشتی هستند، مشکلات طراحی حرارتی زیاد خواهند بود.

به عنوان مثال، فرض کنید که تا مچ پا در یک ناحیه بسیار سرد و سایه‌دار ایستاده‌اید اما پاها، تنه و بقیه بدن شما در معرض نور مستقیم خورشید هستند. باید اطمینان حاصل کنید که چکمه‌ها و مواد به کار رفته در لباس، تحت فشار یخ نزنند و نشکنند. در عین حال باید مطمئن باشید که قسمت‌های بالایی لباس آنقدر داغ نمی‌شوند که فشار گرمایی، یک مشکل جدی برای خدمه باشد. این یک مشکل واقعی است.

وی افزود: خبر خوب این است که متخصصان فناوری ماموریت آرتمیس تلاش می‌کنند تا با این وضعیت کنار بیایند. این موضوع به من می‌گوید که ما در نقطه‌ای، راه‌حل‌هایی را پیدا خواهیم کرد. نقطه‌ای که در آن دچار مشکل می‌شوید، زمانی است که مردم بزرگی مشکل را نمی‌فهمند یا نمی‌پذیرند اما من فکر نمی‌کنم که در مورد این موضوع این طور باشد.