Badania przestrzeni kosmicznej: powrót na Księżyc Understand article

Tłumaczenie Magdalena Gałecka, Liceum Ogólnokształcącego w Warszawie Czy kiedykolwiek, patrząc podczas pogodnej nocy na Księżyc, myślałeś o tych kilku osobach, które chodziły po jego powierzchni? Czego już się dowiedzieliśmy, a czego w dalszym ciągu nie jesteśmy pewni? Kiedy…

To jedno z niewielu zdjęć,
pokazujące Neila
Armstronga na Księżycu.
Przez większość czasu to
on nosił kamerę. Ten obraz
to odbicie w wizjerze
kombinezonu Buzza Aldrina

Zdjęcie dzięki uprzejmości
NASA

W 1969 roku Neil Armstrong i Buzz Aldrin stali się pierwszymi ludźmi, którzy chodzili po powierzchni innego ciała niebieskiego – Księżyca. Przez następne trzy lata dziesięciu amerykańskich astronautów wylądowało na Księżycu w ramach programu Apollo. Od tamtego czasu, przez prawie czterdzieści lat, nie było żadnych lotów załogowych na Księżyc. Dlaczego? Kiedy ludzie powrócą na Księżyc?

W latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych badania prowadzone przez program Apollo oraz misje bezzałogowe (rosyjska Luna i amerykańska Surveyor) dotyczyły powierzchni bliższej nam strony Księżyca i pozostawiły wiele ważnych pytań bez odpowiedzi, a w szczególności:

  • Wiek Księżyca i jego powiązania z wiekiem reszty Układu Słonecznego. Skalista powierzchnia Księżyca jest głównym polem badawczym: chociaż badanie Ziemi wydaje się łatwiejsze, należy pamiętać, że jej powierzchnia z upływem czasu zmieniła się znacznie z powodu zmian warunków klimatycznych, podczas gdy powierzchnia Księżyca pozostała mniej więcej nie zmieniona od momentu jej uformowania.

  • Ogólny skład chemiczny i struktura wewnętrzna Księżyca. Te badania pomogą nam dowiedzieć się jak powstał Księżyc i czy rzeczywiście został uformowany z drobnych elementów ziemskich jak twierdzą niektóre teorie.

  • Rozmieszczenie pojazdów
    kosmicznych, które
    wylądowały na Księżycu.
    Zielone trójkąty pokazują
    należące do misji Apollo,
    żółte do misji NASA Surveyor,
    a czerwone to rosyjskie
    statki kosmiczne Luna.
    Kliknij na obrazek aby
    powiększyć

    Zdjęcie dzięki uprzejmości
    National Space Science
    Data Center / NASA’s
    Goddard Space Flight Center

    Czy surowce takie jak woda są dostępne na Księżycu. Jeśli tak, to Księżyc mógłby być wykorzystywany przez astronautów jako baza do eksploracji innych planet.

Dzisiaj technologia kosmiczna jest postrzegana głównie jako narzędzie rozwiązywania problemów na Ziemi takich jak np. zmiany klimatyczne. ESA (Europejska Agencja Kosmiczna) umieściła na orbicie okołoziemskiej wiele satelitów, których zadaniem jest obserwacja atmosfery, oceanów i pokryw lodowychw1. Niemniej jednak, po latach braku aktywności w eksploracji Księżyca, w ostatniej dekadzie wiele krajów podejmowało temat misji na Księżyc.

W 2003 roku ESA wysłała bezzałogowego robota misji Smart-1w2 okrążającego Księżyc, w celu przetestowania technologii dla przyszłych misji poza orbitę ziemską oraz by prowadzić badania podstawowe jak np. obserwacja Księżyca za pomocą promieniowania rentgenowskiego. Wkrótce potem ESA rozpoczęła również misję Mars Express. Była to pierwsza misja ESA dotycząca okrążenia innej planety, bogato wyposażona w aparaturę pozwalającą na przeprowadzanie badań. Misje te stanowiły początek ponownego zainteresowania eksploracją kosmosu.

W 2004 roku w USA prezydent Stanów Zjednoczonych George Bush przedstawił NASA swoją wizję badań kosmosu; zachęcił do powrotu na Księżyc i wybudowania na powierzchni Księżyca trwałej placówkiw3. W wyniku tego apelu uzgodniona została, pomiędzy czternastoma agencjami kosmicznymi i organizacjami, strategia globalnej eksploracji kosmosuw4 określając zarówno plany amerykańskie, jak również innych państw np. Wielkiej Brytaniiw5.

Wystrzelenie Apollo 11 w
1969 roku

Zdjęcie dzięki uprzejmości
NASA Kennedy Space Center
(NASA-KSC)

We wrześniu 2007 roku byliśmy świadkami wystrzelenia japońskiej misji orbitalnej Kaguya (pierwotnie znanej jako Selene). W czasie okrążania powierzchni Księżyca satelita prowadził (bezowocne) poszukiwania wody, mierzył natężenie pola grawitacyjnego Księżyca używając małego satelity oraz badał skład chemiczny powierzchni. Kaguya zobrazował powierzchnię Księżyca w świetle widzialnym, stworzył mapy większości powierzchni, a także zmierzył promieniowanie na orbicie w celu oceny ryzyka dla przyszłych astronautów.

Chiński satelita Chang’e-1, wystrzelony miesiąc później, także badał ukształtowanie i skład chemiczny powierzchni Księżyca oraz poszukiwał wody. Jednak niewiele z danych zebranych przez Chang’e-1 zostało ujawnione publicznie.

W kwietniu 2008 roku wystrzelony został indyjski satelita Chandrayaan-1, którego cele badawcze były bardzo podobne do tych, które miał satelita Kaguya. Dodatkowo Chandrayaan-1 wyposażony został w instrumenty radarowe, które po raz pierwszy umożliwiały naukowcom zajrzenie do ciemnych kraterów w pobliżu biegunów Księżycowych. Wykonane pomiary radarowe wskazywały na istnienie lodu wodnego na południowym biegunie Księżyca. Zostało to potwierdzone w 2009 roku kiedy amerykański orbiter LRO wystrzelił rakietę LCROSS impactor w kierunku krateru Księżycowego bieguna południowego. Aparatura badawcza orbitera wykryła obecność lodu wodnego w drobinach, które zostały wyrzucone w przestrzeń w wyniku uderzenia rakietyw6, w7. Dane zebrane przez orbiter LRO wskazały nawet miejsce, gdzie37 lat wcześniej utknął rosyjski pojazd księżycowyw8.

Projektowany brytyjski
orbiter MoonLITE wyposażony
jest w cztery penetratory
(przepusty) do badania
głębszych warstw
powierzchni Księżyca

Zdjęcie dzięki uprzejmości SSTL

Te ostatnie misje przyniosły jednak odpowiedzi na część pytań pozostających bez odpowiedzi w latach siedemdziesiątych, dostarczając informacje na temat składu chemicznego większości powierzchni Księżyca i stwierdzając obecność wody oraz innych zasobów, które mogą się znajdować na zimnym (poniżej 100K), ciemnym biegunie południowym. Wciąż oczekujemy większej ilości informacji, ponieważ część map stworzonych przez japońskie, chińskie, indyjskie i amerykańskie orbitery jest wciąż opracowywana.

Jednakże, aby w pełni zrozumieć naturę Księżyca i jego środowisko, musimy uzupełnić informacje, których nawet bieżące misje orbitalne, odbywające się w dużej odległości od powierzchni Księżyca, nie mogą nam dostarczyć. Ta wiedza jest niezbędna, by można było przygotować przyszłe misje z udziałem ludzi, którzy mogliby przebywać bezpiecznie na Księżycu przez dłuższy czas i prowadzić tam obserwacje astronomiczne i badania geologiczne, by mogli przygotowywać badania dalszej przestrzeni kosmicznej czy nawet wydobywać księżycowe bogactwa mineralne. Musimy więc znać odpowiedź na pytania: Jaki jest, na przykład, wpływ pyłu księżycowego na ludzi, pojazdy i teleskopy?Czy możemy przeżyć na Księżycu przez okres kilku tygodni? Jakie nowe technologie dotyczące źródeł zasilania oraz izolacji termicznych są niezbędne, by zapewnić astronautom bezpieczeństwo i umożliwić im pracę w ciemnych i skrajnie zimnych biegunowych kraterach księżycowych?

Znajdujący się w fazie
projektów brytyjski lądownik
MoonRaker powinien
dokładnie ocenić wiek
Księżyca i zbadać miejsca,
do których nie dotarły
dotąd żadne misje

Zdjęcie dzięki uprzejmości SSTL

Uzyskanie odpowiedzi na te pytania wymaga zastosowania lądowników – robotów, które wylądują na powierzchni Księżyca i bezpośrednio zmierzą właściwości pyłu, skał i środowiska Księżyca (np. trzęsień księżycowych) w dłuższych okresach. W przeciwieństwie do bezzałogowych misji z lat 60 i 70 przyszłe lądowniki będą badały całą powierzchnię Księżyca przeprowadzając tam różnorodne pomiary, szukając najlepszych lokalizacji do budowy baz i przesyłając dane bezpośrednio na Ziemię za pomocą łączy radiowych.

Obecnie takie misje już są planowane. Chiny i Indie zamierzają, w ślad za swoimi poprzednimi misjami,wysłać zrobotyzowane lądowniki (odpowiednio Chang’e 2 i Handrayaan). Aby odkryć większą część niezbadanej powierzchni Księżyca, Wielka Brytania buduje mały, stosunkowo tani statek kosmiczny. Taki statek wyposażony w automatyczny system naprowadzania oraz zminiaturyzowane przyrządy pomiarowe umożliwi regularne, niedrogie, krótkie misje na Księżyc już od 2014 roku. Państwa europejskie wspierane przez ESA, pracują także nad zaawansowanymi lądownikami księżycowymisw9. Zastosowanie w nich różnorodnych technologii pozwoli testować systemy służące do przewożenia astronautów oraz do przyszłych podróży na Marsa. Lądowniki te będą jednak większe i bardziej kosztowne, i na razie nie ma wystarczających środków na sfinansowanie ich budowy.

Chociaż amerykańska wizja badań przestrzeni kosmicznej, uwzględniająca założenie zamieszkałej przez ludzi bazy księżycowej do roku 2020 brzmi ekscytująco, NASA oraz rząd amerykański stwierdziły ostatnio, że te plany są zbyt kosztowne. Zamiast tego prace skoncentrują się na zrobotyzowanych misjach Księżycowych, które opiszą środowisko Księżyca i zidentyfikują zasoby naturalne oraz będą stanowić sensowny, szybszy i tańszy sposób do utrzymania naszej stałej obecności na tym najbliższym sąsiedzie Ziemi. Niewątpliwie upłynie jeszcze sporo czasu, zanim ludzie po raz 13. wylądują na Księżycu, ale właśnie te zrobotyzowane misje mają kluczowe znaczenie dla przybliżenia tego dnia. To właśnie stanowi trwałą spuściznę misji Apollo.

Download

Download this article as a PDF

References

Web References

Resources

Author(s)

Adam Baker pracuje w Virgin Galactic, jako kierownik ds. bezpieczeństwa, odpowiedzialny za ocenę i zapewnienie bezpieczeństwa przyszłych suborbitalnych lotów pasażerskich. Ten artykuł napisał pracując w Surrey Satellite Technologyw10, gdzie zajmowano się misjami MoonLite i MoonRaker.

Adam studiował technologię materiałową na Uniwersytecie Oxfordzkim w Wielkiej Brytanii, gdzie uzyskał doktorat z materiałów kompozytowych przeznaczonych do silników odrzutowych. Podczas studiów doktoranckich jego hobby stanowiło budowanie silników rakietowych, co w efekcie przyczyniło się do jego pracy dla Surrey Satellite Technology i następnie w Virgin Galactic. Aby dowiedzieć się więcej zobacz Hodge (2006).


Review

Wyścig w badaniach kosmosu w latach 60.ubiegłego wieku to bardzo ekscytujący i niezwykle ważny okres dla opracowania i rozwoju nowych technologii; skupiono się wtedy głównie na lądowaniu na Księżycu. Po trwającej kilka dekad przerwie powrócono do planów badania Księżyca – ten artykuł wyjaśnia jak i dlaczego.

Artykuł ten może być wykorzystywany jako materiał do zainicjowania dyskusji na lekcjach techniki i przedmiotów przyrodniczych dotyczących np. historii nauki. Można z niego korzystać także na zajęciach kół przedmiotowych czy podczas innych podobnych działań.


Eric Deeson, Wielka Brytania




License

CC-BY-NC-ND