3D baskı kullanılarak üretilip sürdürülebilecek gelecekteki bir Ay üssü vizyonu. Kredi: RegoLight, görselleştirme: Liquifer Systems Group, 2018
İnsanlık Ay’a geri dönüyor ve bu sefer kalmayı planlıyoruz. Ancak uzun vadeli uzay görevleri için astronotların yaşamak ve çalışmak, hareket etmek, Dünya ile iletişim kurmak ve hayatta kalmak için hayati önem taşıyan oksijen ve su üretmek için altyapıya ihtiyacı olacak. Tüm bu altyapıyı Dünya’dan almak muhtemelen aşırı derecede pahalı olacaktır. Bunun yerine, bunu sitede nasıl yapacağımızı bulmamız gerekiyor. ESA Discovery & Hazırlık, bunu nasıl yapabileceğimizi keşfetmek için birçok çalışmayı destekledi.
Altyapı oluşturmak ve olanaklar üretmek için yerel malzemelerin kullanılması, yerinde kaynak kullanımı (ISRU) olarak bilinir. Bu alandaki geçmiş araştırmalar, keşif sahasında bulunan kaynakların ve Dünya’dan getirilen malzemelerin bir kombinasyonunu kullanarak temel ISRU kavramlarını araştırmış ve göstermiştir.
ESA, Ay’a ulaşım hizmetleri pazarını test ederek teknolojinin sınırlarını zorlamayı ve yeni uzay işi modelleri yaratmayı hedefliyor. Kredi bilgileri: ESA
ISRU, astronotları ince veya var olmayan atmosferler, aşırı sıcaklıklar, yoğun radyasyon ve hatta mikrometeoroidler dahil olmak üzere zorlu ortamlardan koruyan bir yaşam alanı inşa etmek için gereklidir. Yüzeyde hareket etmek için yollar inşa etmemizi ve Dünya’ya ve Dünya’dan seyahat etmek için fırlatma ve iniş rampaları yapmamızı sağlayacaktır. Elektrik üretimi için enerji üretebilen ve depolayabilen ekipmanların yanı sıra iletişim için anten kuleleri üretmek için kullanılabilir. Ve astronotları hayatta tutmak ve etrafta dolaşmak ve sonunda Dünya’ya geri dönmek için itici gazlar yaratmak için büyük miktarlarda su ve oksijen üretebilir.
Keşif ve Hazırlık faaliyetleri
1999’da, ISRU ile ilgili ilk Keşif ve Hazırlık çalışmalarından biri, içinde bulunduğumuz yüzyılda gelişmiş tahrik ihtiyaçlarını değerlendirerek sevk ve güç sistemlerine odaklandı. Çalışma, ISRU’nun misyonların maliyetlerini azaltabileceği sonucuna vardı. Mars yeteneklerimizi arttırırken, ancak ISRU teknolojilerinde araştırma ve geliştirme hemen başlamalıdır.
Ve böylece, tüm ESA programları ile koordineli olarak araştırmalara devam edildi. 2000 yılında tamamlanan bir çalışma, itici gaz, yaşam desteği için kimyasallar ve yüzey faaliyetleri için yakıt üretmek için bir ISRU kimyasal tesisi tasarlamak da dahil olmak üzere gelecekteki uzay araştırmaları için gerekli güç sistemlerine odaklandı.
GOCE’nin iyon tahrik tertibatının yakından görünümü. Kredi: ESA /AOES Medialab
Aynı zamanda gerçekleşen diğer çalışmalar, Mars keşfi için hangi mimarilerin ve teknolojilerin gerekli olacağını düşünerek, uzun vadeli uzay araştırmalarına daha geniş bir bakış attı. Çalışma, Mars atmosferinden ve toprağından nitrojen, oksijen, hidrojen ve su dahil olmak üzere mürettebatın hayatta kalması için gerekli olan itici gaz ve sıvıları üretme olasılığını araştırdı. İnsanların uzun süreli gezegenler arası ve gezegensel ortamlara hayatta kalabilmeleri ve adapte olabilmeleri üzerine yapılan bir başka çalışma da ISRU’nun itici gazlar ve yaşam destek sarf malzemeleri üretmek için özellikle yararlı olabileceğini bulmuştur.
13 yıl boyunca hızla ilerleyen teknoloji, Mars atmosferinden karbondioksiti toplayıp depolamak ve onu bir tahrik sistemine iletmek için bir sistem de dahil olmak üzere daha spesifik ISRU kavramlarını keşfedecek kadar gelişti. Airbus tarafından yürütülen çalışma, karbondioksitten toz ve suyun nasıl uzaklaştırılabileceğinin yanı sıra depolama için nasıl sıvılaştırılabileceğini önerdi.
Son birkaç yılda Discovery & Preparation, ay toprağı ve daha spesifik enerji üretimi ve depolama yöntemleri kullanarak altyapı inşa etme konusunda daha fazla araştırmayı destekledi; son zamanlarda yapılan bir çalışma, ay regolitinin nasıl kullanılabileceğini araştırdı. ısı depolamak ve elektrik sağlamak astronotlar, geziciler ve iniş yapanlar için.
Gelecekteki bir ay üssünü kurmak, yerel malzemelerden inşa etmek için bir 3D yazıcı kullanılarak çok daha basit hale getirilebilir. Ünlü mimarlar Foster+Partners dahil endüstriyel ortaklar, ay toprağı kullanılarak 3D baskının uygulanabilirliğini test etmek için ESA’ya katıldı. Kredi: ESA/Foster + Partners
Bir çalışma, ay analog tesislerinin, yerel malzemelerin kazılması ve işlenmesinin test edilmesi de dahil olmak üzere ISRU teknolojilerinin gelişimini nasıl destekleyebileceğini ve bu malzemelerin 3D baskı gibi süreçleri kullanarak yapılar inşa etmek için nasıl kullanılabileceğini araştırdı.
Bir diğeri, ay toprağının yapı malzemesi olarak uygunluğunu doğruladı, ondan yapıları basmak için uygun bir süreç seçti ve hatta yazdırılabilir bir yaşam alanı tasarladı. Ve üçüncüsü yakın zamanda bir adım daha ileri gitti ve nasıl olduğunu araştırdı. gerekli yapılar, ekipman ve yedek parçalar 3D olarak basılabilir Ay regolitini kullanarak, hatta hangi belirli baskı işlemlerinin en iyi sonucu vereceğini seçerek.
Mevcut 3D baskı teknolojilerine alternatif olarak, 2019 yılında yapılan bir araştırma, güçlü yapılar inşa etmek için ay toprağını liflere dönüştürmeyi araştırdı. Araştırmacılar, bu işlemi yerel olarak geçirimsiz yapılar yapmak için kullanmanın mümkün olduğunu göstermek için bir malzeme örneği ürettiler.
Son zamanlarda bir dizi Keşif ve Hazırlık çalışması, ESA’nın 2025 yılına kadar Ay’da su veya oksijen üretmenin mümkün olduğunu kanıtlamayı amaçlayan Ay IRSU gösteri misyonunu araştırdı ve tanımladı. Bu çalışmalar, suyu ve oksijeni gerçekten üretecek sistemi araştırdı ve bir ‘karbo-termal reaktör’ kullanarak topraktan oksijeni çıkaran ve su üretmek için kullanan bir paket önerdi. Bir diğeri, sistemin bir güç kaynağı olarak bir arazi aracına nasıl güvenebileceğini ve üçüncüsü, Dünya ile nasıl iletişim kurabileceğini araştırdı.
ESA başka ne yapıyor?
Ay ISRU gösteri misyonunu uygulamak için ESA, ticari sektörden yük teslimatı, iletişim ve operasyon hizmetleri de dahil olmak üzere görev sağlayan hizmetler satın almayı planlıyor. Bunu yaparken, ESA gelecekteki bir ay keşif senaryosunda yaygın uygulamalar bulabilecek mevcut ticari girişimleri hem güçlendirecek hem de daha fazla besleyecektir.
Ay’ın güney kutbuna uçacak olan Luna-27’nin bir bilgisayar modeli. Kredi bilgileri: Roscosmos
ESA ayrıca, gelecekte bu kaynakları çıkarmak için kullanılabilecek teknolojilere hazırlanmak için Ay’daki potansiyel kaynaklara erişecek ve bunları değerlendirecek olan PROSPECT görevi üzerinde de çalışıyor. PROSPECT, Güney Kutbu yakınında Ay’ın yüzeyinin altında sondaj yapacak ve donmuş su ve aşırı düşük sıcaklıklarda sıkışabilecek diğer kimyasalları içermesi beklenen numuneleri çıkaracak. Matkap daha sonra numuneleri, bu kimyasalları çıkarmak için ısıtılacakları bir kimya laboratuvarına geçirecektir. Misyon, Rus liderliğindeki Luna-27 misyonunun bir parçası olarak çalışacak ve gelecekte kaynak çıkarmaya uygulanabilecek süreçleri test edecek.
2040 yılına kadar yerel kaynaklar tarafından sürdürülen Ay’da insan varlığına sahip olma isteğini desteklemek için ESA, Mayıs 2019’da Uzay Kaynakları Stratejisini yayınladı. Strateji, sürdürülebilir uzay araştırmalarını desteklemek için neyi keşfetmemiz ve geliştirmemiz gerektiğini dikkate alıyor. Strateji, Ay’daki ölçümler yoluyla Ay kaynaklarının potansiyelinin belirleneceği, kilit teknolojilerin geliştirilip gösterileceği ve bunların uluslararası misyon mimarilerine girişleri için bir planın tanımlanacağı 2030’a kadar olan dönemi kapsamaktadır. Stratejinin yayınlanmasının ardından ESA, uzay kaynak kullanımını gerçeğe dönüştürmek için gereken sonraki adımları belirlemek için bir çalıştaya ev sahipliği yaptı.
ESA’nın Malzeme ve Elektrikli Bileşenler Laboratuvarı’nda simüle edilmiş ay tozundan oksijen ve metal üretimi. Kredi: ESA–A. conigil
2020’de ESA, simüle edilmiş ay tozundan oksijen üretmek için bir prototip tesisi kurdu. Ay toprağından oksijenin uzaklaştırılması çeşitli metaller bırakır; bu nedenle başka bir araştırma konusu, bunlardan üretilebilecek en faydalı alaşımların neler olduğunu ve bunların Ay’da nasıl kullanılabileceğini görmektir. Nihai amaç, 2020’lerin ortalarında hedeflenen ilk teknoloji gösterimi ile Ay’da sürdürülebilir bir şekilde çalışabilecek bir ‘pilot tesis’ tasarlamak olacaktır.
Diğer uzay ajansları bu alanda ne yapıyor?
NASALunar Reconnaissance Orbiter, belirli yerlerde ay toprağının altına gömülü su buzunun varlığına işaret etti. Orbiter ile fırlatıldı Ay Krateri Gözlem ve Algılama Uydusu yörüngeden salınan ve Ay’ı etkileyen; Ortaya çıkan 16 kilometre yüksekliğindeki tüyün gözlemleri, ay yüzeyinin kimyasal yapısını gösterdi.
ABD Ajansı ayrıca Ay’ı ziyaret edecek birkaç CubeSat yörünge görevi geliştiriyor. Ay El Feneri, LunaH-HARİTA, ve Ay Buz Küpü ne kadar su buzu olduğunu ve tam olarak nerede bulunabileceğini bulmayı amaçlayacaktır.
Sanatçının NASA’nın Mars Perseverance gezgini hakkındaki izlenimi. Kredi: NASA/JPL-Caltech
NASA’nın ilk Mars iniş aracı Viking, Mars atmosferi hakkında önemli veriler verdi. yüzde 95,9 karbondioksitten oluştuğunu ortaya koyuyor. Bu keşif ve sonraki robotik misyonlardan dönen bilgilere dayanarak, Ajans, Mars’ın atmosferik karbondioksitini, kırmızı gezegene insan misyonlarına fayda sağlamak için oksijene dönüştürmek için teknolojiler geliştirdi. Son zamanlarda NASA, Mars Perseverance gezicisindeki yedi araçtan biri olarak Mars Oksijen Yerinde Kaynak Kullanım Deneyi veya MOXIE’yi seçti.
Uçucu maddeler, kolayca buharlaşan ve Ay’da su kaynağı olabilecek maddelerdir. Diğer uzay ajanslarıyla birlikte NASA, bilimsel bilgiyi artırmak, uçucu maddelerin potansiyel kaynaklar olarak yaşayabilirliğini belirlemek ve Ay’ı Mars ISRU teknolojileri için bir kanıtlama alanı olarak kullanmak için Ay’daki kutupsal uçucu madde keşiflerinin uluslararası bir koordinasyonunu yürütüyor.
Gelecekteki Çin Ulusal Uzay İdaresi misyonlarının da potansiyel kaynaklar olarak ay kutup uçucularını hedeflemesi bekleniyor. Çin’in başlangıçta 2020’lerin sonlarında ve 2030’ların başlarında bilim ve araştırma için robotik bir tesis olarak kurulacak uluslararası bir ay araştırma istasyonu vizyonu, ay kaynaklarının kullanılması için erken bir fırsat sağlayabilir.
Rus uzay ajansı Roscosmos, ESA’nın PROSPECT paketine ev sahipliği yapacak olan Luna-27 de dahil olmak üzere üç Luna görevi serisi üzerinde ESA ile birlikte çalışıyor. Misyon, Ay’ın kutup bölgesindeki ölçümleri hedefleyecek ve orada bulunabilecek soğukta hapsedilmiş uçuculara odaklanacak.
ESA’da sırada ne var?
Açık Alan İnovasyon Platformu (OSIP) aracılığıyla ESA aranan fikirler bir gezegen gövdesinin uzun vadeli keşfini desteklemek için altyapı ve donanımın yerinde inşası, üretimi ve bakımı için teknolojilerin etkinleştirilmesi üzerine.
Önerilen fikirler, habitatların, hareketlilik altyapısının (örneğin yollar ve iniş rampaları), yardımcı altyapının (örneğin iletişim ve enerji üretimi ve depolanması için) ve donanımın (örneğin araçlar, iç donanım, makine ve giysiler) inşasını desteklemektedir.
Açık Alan İnovasyon Platformu’na (OSIP) sunulan bir fikir, yörünge enkazının Ay’da yerinde kaynak üretimi için kullanılabileceğini öne sürdü. Kredi: ESA/Orbit Geri Dönüşüm
Fikirler, ay toprağını eritmek ve 3D baskı yapmak, ay toprağından güneş pilleri yapmak, enerji depolamayı optimize etmek, toprağa ihtiyaç duymadan organik atıklardan bitki yetiştirmek için yöntemler bulmak, ekin dostu seralar inşa etmek için ay toprağını kullanmak ve kullanarak altyapı oluşturmak için birçok yeni yöntemi içeriyor. uzay enkazı. Fikirlerin çoğu şu anda ESA tarafından çalışmalar, ortak finanse edilen araştırma projeleri veya erken teknoloji geliştirme projeleri olarak uygulanıyor. Daha fazlasını öğrenmek için şu adresi ziyaret edin: sonuçlar bölümü bu fikir çağrısının
Ay ve asteroitler hakkındaki bilgi ve anlayışımızdaki ilerlemeler, uzay teknolojilerine artan uluslararası ve özel sektör katılımı ve yeni teknolojilerin ortaya çıkması sayesinde keşif için uzay kaynaklarının kullanımı artık ulaşılabilir durumda.
Gelecekteki astronotları desteklemek için yerel kaynakları kullanmak için teknolojiler ve yöntemler geliştirmek bir zorluk olmaya devam ediyor, ancak bunu yaparken, sınırlı kaynakları yönetmeye yönelik yeni yaklaşımların yanı sıra teknoloji ihtiyaçları aracılığıyla Dünya’daki yeniliği teşvik ediyoruz. Bu, küresel zorlukların üstesinden gelmek için yeni yollar bulmamıza ve karasal endüstriler için orta vadeye yakın ekonomik getiriler üretmemize yardımcı olacaktır.