Nyt rakennetaan kuutukikohtaa

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.