Nyt rakennetaan kuutukikohtaa

Vain kahden vuoden kuluttua Nasa laukaisee matkaan uuden Lunar Gateway -avaruusaseman ensimmäisen osan. Siitä tulee portti Kuuhun astronauteille, jotka valmistelevat tukikohtaa Maan kiertolaiselle.

Vain kahden vuoden kuluttua Nasa laukaisee matkaan uuden Lunar Gateway -avaruusaseman ensimmäisen osan. Siitä tulee portti Kuuhun astronauteille, jotka valmistelevat tukikohtaa Maan kiertolaiselle.

ESA & NASA

Kölnissä Saksassa sijaitsee laboratorio, jonka menestystuote on pöly. Menekin salaisuus on se, että pöly on kopio Kuun pinnan hiukkasista. Keinopöly tasoittaa ihmisen paluuta Kuuhun.

Apollo-lentojen astronauteille kuupöly oli sietämätön riesa. Se liimautui avaruuspuvun kypärään ja haittasi näkyvyyttä. Pölyä tunkeutui myös puvun niveliin, jotka pian kuluivat. Kuussa tuuli ja sade eivät hio hiekanjyviä, vaan ne ovat viiltävän teräviä.

Tilannetta pahentaa ultraviolettisäteily, joka luo pölyhiukkasiin staattisen sähkövarauksen. Se saa hiukkaset tarttumaan melkein kaikille pinnoille. Tästä aineesta saksalaistutkijat ovat nyt luoneet keinotekoisen version, jolla on huima kysyntä.

Keinotekoista kuupölyä käytetään toisessa kölniläisessä tutkimuskeskuksessa, Lunassa. Se on Euroopan avaruusjärjestön Esan avaruustutkimuskeskus. Siellä on jo tuhannen neliömetrin kokoinen alue paksun keinokuupölykerroksen peitossa.

Luna on osa kansainvälistä suurhanketta, jonka tavoitteena on aloittaa uudestaan miehitetyt avaruuslennot Kuuhun. Kuuhun ei mennä vain käymään, vaan suunnitelmissa on pysyvä kuutukikohta, joka toimii väliasemana lennoille Aurinkokuntaan ja huipputason tutkimuskeskuksena.

Avaruusasema kiertämään Kuuta

Vanha ajatus Kuun asuttamisesta on herännyt eloon. Vuonna 2016 Esan pääjohtaja Jan Wörner esitti idean kansainvälisestä kuukylästä, ja ajatus sai tukea Intialta, Venäjältä ja Kiinalta.

Pian Yhdysvallat ehdotti avaruusaseman rakentamista Kuuta kiertävälle radalle yhdessä Euroopan maiden, Japanin, Venäjän ja Kanadan kanssa.

Lockheed Martin -yhtiö ja Nasa kehittelevät yhdessä avaruusbussia, jonka on määrä liikennöidä Kuuta kiertävän avaruusaseman ja Kuun pinnalla olevan tukikohdan välillä. Bussi voi laskeutua kaikkialle Kuuhun.

© Lockheed Martin

1. Avaruusasema otetaan käyttöön

Suunnitelmien mukaan Lunar Gateway -asema saa vakituisen miehistön 2020-luvun lopulla. Asuintilojen lisäksi asemalle tulee telakointimoduuli, johon avaruusbussi voi kytkeytyä.

© Lockheed Martin

2. Avaruusbussi vie Kuuhun

Matka avaruusasemalta Kuuhun tehdään 14 metriä pitkällä avaruusbussilla, johon mahtuu neljä matkustajaa ja tonni kuormaa. Alus voi laskeutua mihin tahansa Kuun pinnalla.

© Lockheed Martin

3. Bussissa voi asua kaksi viikkoa

Avaruusbussi on sisältä vähän kuin asuntovaunu. Siellä on myös kalusteet, kuten pöydät ja sängyt, jotka voi päivällä taittaa seinää vasten. Bussissa voi oleskella yhteen menoon 14 päivää.

2020-luvun lopulla valmistuvaksi suunnitellun Lunar Gatewayksi nimetyn avaruusaseman on tarkoitus olla portti Kuuhun.

Se kiertää Kuuta soikealla radalla, jolla kierros kestää kuusi päivää. Lähimmillään se on 1 500:n ja kaukaisimmillaan 70 000 kilometrin päässä Kuusta.

Valmistuttuaan asemalla on määrä olla astronauteille asuintilat, laboratoriot ja tutkimustilat sekä telakoitumisasema aluksille, jotka liikennöivät Maasta ja Kuun pinnalta Lunar Gatewaylle.

Suunnitteilla on myös uusia kantoraketteja, jotka vievät avaruusalukset matkustajineen asemalle, sekä kuubussi eli avaruussukkula, jolla kuljetaan avaruusasemalta Kuun pinnalle.

Kuussa kuubussi toimii myös astronauttien majoitustilana sillä aikaa, kun he tutkivat ympäristöä. Pisimmillään kuubussissa voi viettää kaksi viikkoa.

Alkuvuosina kuubussi on tarkoitus tankata avaruusasemalla Maasta tuotavalla polttoaineella, mutta tulevaisuudessa polttoaine on määrä valmistaa Kuussa ja kuljettaa sieltä avaruusasemalle, jossa sillä tankataan myös eri puolille Aurinkokuntaa matkaavia avaruusaluksia.

Vesi muuttuu polttoaineeksi

Kuun asuttamisen avainkysymys on vesi. Kuussa on vettä, mutta sen saatavuus vaihtelee kovasti.

Kuun navoilla on runsaasti vesijäätä, mutta päiväntasaajan tienoilla sitä on niukasti. Apollo-lentojen astronautit laskeutuivat päiväntasaajalle. Siksi heidän ottamansa näytteet viittasivat siihen, että Kuun pinta on rutikuiva.

Avaruuspuku joustaa ja pysyy puhtaana

/ 4

Uusi kypärä Visiiri on muotoiltu niin, että käyttäjä näkee sivuille kääntämällä päätään sen sijaan, että joutuisi kääntämään koko vartaloa.

1

Kova yläosa Ylävartaloa peittävä osa valmistetaan astronautin yksilöllisten mittojen mukaan. Suunnitteilla on myös toinen pukumalli: Prototype Exploration Suit. Sen yläosa koostuu metallitangoista, jotka voidaan säätää käyttäjän pituuden ja ympärysmitan mukaan.

2

Laakeroidut hihat ja puntit Jalkoja, käsivarsia ja ranteita voi liikuttaa vapaammin kuin aiemmassa puvussa.

3

Itsepuhdistuva pinta Avaruuspuvun pinta hylkii pölyä. Kuussa voimakas ultraviolettisäteily luo pölyhiukkasiin staattisen sähkövarauksen, jolla ne tarttuvat kaikkiin pintoihin, Uudessa avaruuspuvussa on nanohiiliputkista tehty polvinivel, joka tuottaa pölyhiukkasia hylkivän sähköisen kentän.

4
© NASA & Claus Lunau

Niinpä oli melkoinen yllätys, kun intialainen Chandrayaan-1-luotain vuonna 2010 lähetti laskeutujan Schackleton-kraatteriin Kuun etelänavalle ja bongasi sen nostattamasta pöly- ja kaasupilvestä vesimolekyylejä.

Nykyarvioiden mukaan Kuun napojen kraatterien pohjalla on jopa kymmenen miljardia tonnia jäätynyttä vettä.

Runsaat vesiesiintymät tarkoittavat sitä, että Kuussa voidaan tuottaa paitsi tukikohdan asukkaille vettä juotavaksi myös happea hengitysilmaan ja polttoainetta raketteihin hapen ja vedyn muodossa.

Elektrolyysiksi kutsutulla menetelmällä voidaan vesimolekyylit sähkön avulla hajottaa hapeksi ja vedyksi. Veden talteenottoon voidaan käyttää robottimönkijöitä, jotka muuttavat vesijään vesihöyryksi ja tuovat sen säiliöissään tukikohtaan.

12 ihmistä on käynyt Kuussa. He ovat kaikki yhdys­valtalaisia astronautteja.

Tukikohdassa vesihöyry tiivistetään nesteeksi. Tarvittavan energian mönkijät saavat aurinkopaneeleista. Auringonvalo ei kuitenkaan yllä kraatterin pohjalle, vaan avuksi tarvitaan peilijärjestelmiä.

Inspiraation Nasan tutkijat saivan norjalaisesta Rjukanin pikkukaupungista, jonka keskusaukiota valaistaan talvisin auringonvaloa heijastavilla peileillä ympäröivien vuorten rinteiltä.

Muuten keskusta olisi talvisin koko ajan varjossa. Peilit rakennettiin 2013.

Toinen keino kerätä vettä on koota kuupölyä kraatterien pohjalta ja lämmittää sitä mönkijöiden uuneissa. Tähän vaihtoehtoon tarvittavan tekniikan testaamiseen käytetään Esan Luna-tutkimuskeskusta.

Sinne on määrä rakentaa kuukraatteri, jossa voidaan kokeilla, millaiset mönkijät ovat parhaita kipuamaan jyrkkiä rinteitä.

Jos vettä ja rakettipolttoainetta voidaan tuottaa suuria määriä, kuutukikohdasta voi tulla tankkausasema ja välilaskupaikka tuleville Marsin-retkikunnille.

Jos lennot muualle Aurinkokuntaan ovat totta 30 vuoden päästä, vesikaivokset ja polttoainetehtaat Kuussa ovat erittäin hyvä sijoitus.

Pöly suojaa astronautteja

Toisin kuin Maalla Kuulla ei ole voimakasta magneettikenttää tai kaasukehää, joka suojaisi sitä aurinkotuulen hiukkasilta tai kosmiselta säteilyltä.

Jos ihmiset aikovat oleskella Kuussa pitkiä aikoja, heidän suojakseen on pian saatava säteilynkestävät asuintilat.

Alkuvaiheen ratkaisu on varmastikin kuplamainen rakennelma, joka pullistuu täyteen mittaansa, kun siihen pumpataan ilmaa. Sitten sen päälle kootaan Kuun pinnan pölyä ja hiekkaa suojaksi. Pysyvä tukikohta tarvitsee kuitenkin sitä varmemman ratkaisun.

Kölnin tutkimuskeskuksen tutkijat kehittelevätkin täyttä päätä menetelmää, jolla keinotekoinen kuupöly voidaan muovata tiiliksi. Pölyä kuumennetaan eräänlaisissa valumuoteissa 1 100 asteeseen.

Kuussa tällainen kuumuus voitaisiin saada aikaan heijastamalla auringonvaloa suurilla peileillä yhteen pisteeseen. Kuumennetusta pölymassasta tehtäisiin tiiliä 3D-tulostimella.

16,5 prosenttia. Niin paljon painostasi on jäljellä Kuun pinnalla Maahan verrattuna.

Toistaiseksi tutkijat ovat saaneet valmistettua kuupölytiilen, jonka kestävyys on noin viidesosa betonin lujuudesta.

Pölytiilistä on tarkoitus rakentaa kaarevat katot tukikohdan päälle. Niiden pitää kestää sekä kuun­järistykset että pölyn ja hiekan paino.

Yksi vaihtoehto on myös etsiä luonnollinen luola ja rakentaa tukikohta sinne. Silloin ympäröivä kallio suojaisi säteilyltä. Tutkijat etsivätkin nyt Kuusta laavatunneleita, jotka ovat Kuun muinaisen vulkaanisen toiminnan seurauksena tyhjentyneet.

Vuonna 2017 Kuuta kiertävä japanilainen Selene-luotain havaitsi mahdollisen laavatunnelin Mariusvuorilta Kuun valoisalta puolelta.

Tunneli saattaa olla kilometrien pituinen. Luotaimet jatkavat tunnelien etsimistä, ja kun avaruusasema ja sen avaruusbussi aikanaan saadaan käyttöön, mahdollisia tukikohdan paikkoja voidaan käydä tarkastelemassa itse paikalla.

© ESA & NASA

Kilpailu on alkanut

Ensin Kuuhun lähetetään robottimönkijöitä, ja sitten Kuuta kiertävälle radalle tulee miehitetty avaruusasema, josta astronautit lasketaan Kuun pinnalle valmistelemaan pysyvää tukikohtaa.

2019

Intian Chandrayaan-2-alus laskeutuu Kuun etelänavalle. Mukana on mönkijä, joka etsii jäätä Kuun pinnan alta.

2020

Yhdysvaltalainen kaivosyhtiö Moon Express lähettää hyppivän luotaimen etsimään mineraaliesiintymiä Kuun kraatterista. Nasan uusi SLS-kantoraketti lähettää Orion-avaruuskapselin Kuuta kiertävälle radalle. Ensilennollaan Orion on miehittämätön.

2022

Venäjä lähettää Kuuhun Luna-27-laskeutumisaluksen. Siinä on varusteena muun muassa kaksimetrinen pora, jolla se etsii jäätä. Nasa lähettää Lunar Gateway -avaruusaseman ensimmäisen osan Kuuta kiertävälle radalle. Miehistömoduuli seuraa 2024.

2023

Nasa lähettää Orionin mukana kaksi astronauttia Kuuta kiertävälle radalle. Kaikkiaan Orioniin mahtuu kuusi astronauttia. SpaceX-yhtiö järjestää turistimatkan Kuun ympäri Starship-aluksella, jota kuljettaa 106-metrinen BFR-1-kantoraketti.

2024

Lunar Gateway saa ensimmäiset astronauttinsa. Asemalle rakennetaan asuintilat ja avaruusalusten telakoitumismoduuli.

2025-2027

Luotaimet ja mönkijät selvittävät, voiko Kuussa tuottaa vettä, happea ja vetyä, ja etsivät sopivia paikkoja kuutukikohdalle.

2027-2030

Monta kertaa käytettävät alukset vievät astronautteja avaruusasemalta Kuuhun, jossa aloitellaan veden ja polttoaineen tuotantoa.

2030-2035

Kuuhun rakennetaan tukikohta ja tehtaita, joissa valmistetaan polttoainetta avaruusasemalla tankkaaville avaruusaluksille.

2040

Pysyvä kuuasema valmistuu. Asema tuottaa itse energiansa ja elintarvikkeensa, ja kaivoksista saadaan vettä ja polttoainetta.

Astronauttien terveyden kannalta kiireellinen tehtävä on kehittää avaruuspuku, joka suojaa heitä säteilyltä heidän oleskellessaan ulkona Kuun pinnalla.

Nykyisellään hiukkassäteilyltä voidaan tehokkaasti suojautua vain raskailla alkuaineilla, kuten lyijyllä. Lyijy tekisi kuitenkin jo ohuina kerroksina puvuista liian raskaita käyttää.

Vielä ei toimivaa ratkaisua ole keksitty, mutta eri puolilla maailmaa on tutkimusryhmiä etsimässä muun muassa nanotekniikkaan perustuvia pintoja, joilla astronautit voidaan suojata.

Tulevan kuuaseman astronautit altistuvat huomattavasti voimakkaammalle säteilylle kuin heidän kollegansa Kansainvälisellä avaruusasemalla ISS:llä, jota suojaa Maan magneettikenttä. Hiirikokeet osoittavat, että säteily voi aiheuttaa vakavia aivovaurioita.

© Shutterstock & Ken ikeda

  1. Kokeessa hiiret altistettiiin 8 viikon ajan samanlaisille happi-ioneille kuin ne, joita syntyy kosmisessa säteilyssä. Kuvassa on hermosolu.
© Shutterstock & Ken ikeda

  1. Aivojen hermosolut vastaanottavat viestejä toisilta aivosoluilta dendriiteillä eli tuojahaarakkeilla (sininen).
© Shutterstock & Ken ikeda

Säteilyaltistus vähensi tuojahaarakkeiden määrää, mikä taas johti hiiren muistin heikkenemiseen.

Meneillään on myös tutkimuksia, joissa etsitään lääkettä säteilyvammojen ehkäisemiseen tai korjaamiseen.

Ruoaksi kaalia ja jauhomatoja

Elintarvikkeiden lennättäminen Maasta Kuuhun on kallista. Kuutukikohdan asukkaiden pitääkin mahdollisimman pian pystyä tuottamaan itse ruokansa.

Viime tammikuussa uutisoitiin, että kiinalaisen Chang’e 4 -luotaimen Kuuhun viemät kasvin siemenet olivat itäneet. Tosin kyseessä oli puuvilla, jota ei voi syödä, ja idut kuolivat pian.

Toisaalta Kansainvälisellä avaruusasemalla ISS:llä tehdyt kokeet ovat osoittaneet, että lähes painottomassa tilassa voidaan kasvattaa esimerkiksi salaattia.

Nasan tutkijat ovat kehittäneet lieriömäisen puhallettavan kasvihuonemallin, josta käytetään nimitystä Prototype Lunar Greenhouse. Siinä testataan kasveja, joista saataisiin tärkeimmät ravintoaineet.

Kasvit on parasta syödä tuoreina, sillä monet ravintoaineet, kuten kalium, C-vitamiini ja K-vitamiini, hajoavat pitkän varastoinnin aikana. Tutkijat ovat jo nimenneet kärkiehdokkaat.

Runsaasti kuitua ja vitamiineja sisältävä lehtikaali on ykkönen, ja sitä seuraavat peruna, joka on ruokavalion perusta, ja rapsi, josta saadaan öljyä ruoanlaittoon.

Vaikka Kuussa syödään pääosin kasvisruokaa, jotkut tutkijat kehittelevät astronauteille myös eläinproteiinin lähteitä.

3,8 senttiä. Niin paljon Kuu loittonee Maasta joka vuosi.

Koehenkilöt, jotka harjoittelivat kuuelämää erityksissä kiinalaisella Lunar Palace 1 -koeasemalla 370 vuorokautta, saivat kasvisruoan täydennykseksi jauhomatoja.

Venäjällä tutkitaan mahdollisuutta kasvattaa kuutukikohdassa karppeja akvaariossa.

Kuun ensimmäiset kasvihuoneet ovat todennäköisimmin ikkunattomia tiloja, joissa kasveja valaistaan led-lampuilla ja kasvien juuret kylpevät ravintoliuoksessa. Nasa kuitenkin tutkii, voivatko kasvit elää keinotekoisessa kuupölyssä.

Jos Kuun pöly sopisi kasvualustaksi, tukikohdassa voitaisiin kasvattaa myös matalia hedelmäpuita.

Kuusta näkee kirkkaasti

Siitä, kun ihminen jätti ensimmäisen jalanjälkensä Kuun pintaan, on nyt kulunut 50 vuotta. Varovaisen ennusteen mukaan on hyvin todennäköistä, että 50 vuoden kuluttua Kuussa on pysyvä tukikohta.

Ensimmäiset askelet kohti Kuun asuttamista otetaan Luna-tutkimuskeskuksessa Kölnissä. Siellä on katossa iso joukko nostureita, vinssejä ja vaijereita, joihin astronauttien avaruuspuvut kiinnitetään ja joilla luodaan aidon tuntuinen kokemus Kuun pinnalla liikkumisesta.

Lunassa testataan myös uudenlaisia avaruuspukuja, joiden pinta hylkii kuupölyä. Näin ne pysyvät ehjinä pitkilläkin kuukävelyillä.

© Shutterstock

Kaksi mahdollista tukikohdan paikkaa

Päiväntasaajalla ei ole jäätä
Päiväntasaaja (punainen ympyrä 1) olisi paras paikka rakettien laskeutumisen ja nousun kannalta. Sieltä on myös helpointa olla radioyhteydessä Maahan. Siellä on kuitenkin vain vähän jääesiintymiä, joten veden hankkiminen voi olla vaikeaa.

Navoille on vaikea päästä
Kuun molemmilla navoilla (punainen ympyrä 2) on runsaasti vesijäätä, mutta vuoret tekevät alusten laskeutumisesta riskialtista. Ajoittain myös radioyhteys Maahan olisi poikki.

Lunassa voidaan myös säätää valaistusta niin, että se vastaa olosuhteita eri puolilla Kuuta.

Pian Esa valitsee asuinmoduulimallin, jossa astronautit oleskelevat harjoitusjaksonsa aikana. Tilaa on luvassa yhtä paljon kuin tavallisessa rahtikontissa.

Myöhemmin harjoitustilat saavat aurinkopaneelit, jotka tuottavat tarvittavan sähkön. Astronauttien tehtävänä on testata, miten aurinkopaneelit pidetään puhtaina pölystä ja miten pölynkestävä on tekniikka, jolla vettä hajotetaan hapeksi ja vedyksi.

Näistä tehdään rakettipolttoainetta. Rakettipolttoaineen tuotannosta tulee todennäköisesti Kuun tärkein teollisuudenala, sillä esimerkiksi Marsin-lennot tulevat halvemmiksi, jos matkaan lähdetään Kuusta ja raketit tankataan siellä tehdyllä polttoaineella kuin jos alus laukaistaisiin matkaan Maasta.

Kuusta nousemiseen tarvitaan vähemmän polttoainetta, sillä sen painovoima on vain kuudesosa Maan painovoimasta.

Avaruustutkijoita Kuu kiehtoo monesta syystä. Siellä on säilynyt 3,5 miljardia vuotta vanhoja asteroidien tekemiä kraattereita, joista voidaan tutkia muinaista Aurinkokuntaa.

Kuusta on myös teleskoopeilla parempi näkymä avaruuteen kuin Maasta, missä ilmakehä ja sähkölaitteiden aiheuttamat radiosäteilyhäiriöt sotkevat havaintoja. Ennen kaikkea Kuu on kuitenkin väliasema matkalla Marsiin ja muille planeetoille.