Amerykańsko-europejski program Artemis po półwieczu ma znów sprowadzić na Księżyc ludzi. W międzyczasie na naszego satelitę sondy ślą Rosja, Chiny, Indie… Czy to nowy kosmiczny wyścig po półwieczu przerwy?
TO BYŁ księżycowy tydzień. Dla jednych nieudany, dla innych zakończony sukcesem.
W poniedziałek (21 sierpnia 2023) w pobliżu południowego bieguna Księżyca rozbiła się rosyjska sonda Luna 25. W środę (23 sierpnia), również na południowym biegunie naszego satelity, wylądowała indyjska sonda bezzałogowa Vikram.
Indie zostały kolejnym krajem, który z sukcesem posadził kosmiczny statek na powierzchni naszego satelity. Stało się to ponad sześć dekad po pierwszej księżycowej misji bezzałogowej.
Pierwszym statkiem kosmicznym, który znalazł się na Księżycu, była radziecka Łuna 2. We wrześniu 1959 roku rozbiła się o jego powierzchnię, ale to twarde lądowanie było zaplanowane.
Sond programu Łuna było oficjalnie 24 (w sumie było ich jednak 45, część była w czasach zimnej wojny utajniona). W 1976 roku Łuna 21 pozostawiła na powierzchni naszego satelity autonomiczny pojazd – Łunochod – który działał przez pięć miesięcy.
Wielki krok dla ludzkości. I pół wieku nieobecności
Amerykanie pierwszą sondę rozbili o powierzchnię Księżyca trzy lata po Rosjanach, w 1962 roku. Postawili jednak na załogowy program Apollo i w czerwcu 1969 roku amerykańscy astronauci wylądowali na powierzchni innego ciała kosmicznego niż Ziemia.
Amerykanie odwiedzili Księżyc jeszcze sześć razy, a ostatnia załogowa misja odbyła się w 1972 roku, czyli 51 lat temu. Potem zainteresowanie Księżycem zmalało.
Do 1976 wysyłano jeszcze bezzałogowe misje. Potem przez prawie czterdzieści lat (aż do 2013) roku nikt na Księżycu nie przeprowadził miękkiego lądowania.
Japońska sonda Hiten rozbiła się o jego powierzchnię w 1993 roku, europejski SMART-1 we wrześniu 2006 roku. Indyjski MIP uderzył w powierzchnię naszego satelity w 2008 roku, chiński Chang’e 1 w 2009. Były to planowane twarde lądowania, które są łatwiejsze do przeprowadzenia. Nie wymagają rakiet hamujących ani zapasu paliwa na hamowanie.
Miękkie lądowanie Chińczyków
Miękko wylądował dopiero Chang’e 3, który osiadł na powierzchni Księżyca w grudniu 2013 roku wraz z łazikiem Yutu. Chińska sonda z numerem 4 od stycznia 2019 roku przebywa na niewidocznej, zawsze odwróconej od nas stronie Srebrnego Globu, blisko jego bieguna południowego.
Trzy lata temu (w grudniu 2020 roku) z dwoma kilogramami próbek księżycowego gruntu powróciła na Ziemię chińska sonda Chang’e 5.
W minioną środę (23 sierpnia) do klubu krajów, które przeprowadziły udane lądowanie na Księżycu, dołączyły, jako czwarte, Indie. Od lat starają się dorównać kosmicznym supermocarstwom. Mają swój kosmodrom, własne rakiety, satelity i przygotowują także swoją pierwszą załogową misję.
Na południowym biegunie Księżyca rozbiła się rosyjska Łuna 25, wylądował indyjski Vikram i lądowały tam chińskie sondy.
Czy jest tam coś szczególnie ciekawego?
Na biegun? Po lód, oczywiście
Pozbawiony atmosfery Księżyc jest wyjątkowo niegościnny. W słońcu temperatura jego powierzchni dochodzi do 120 stopni Celsjusza, co wyklucza istnienie wody. Para wodna szybko unosi się w kosmiczną próżnię.
Jednak tam, gdzie nie dochodzi słońce, na powierzchni Księżyca temperatura spada do 130 stopni poniżej zera. Woda może trwać w postaci lodu. Naukowcy spekulowali, że pozostała po erupcjach wulkanów, które były aktywne miliardy lat temu.
Widoczna dla nas strona księżyca jest w większości stale oświetlona słońcem i próżno szukać na niej wody czy lodu w pobliżu równika. Jednak im bliżej biegunów, tym kąt padania promieni słonecznych jest mniejszy.
Bliżej księżycowych biegunów lód może się utrzymywać w zacienionych dnach kraterów.
Potwierdziła to indyjska sonda Moon Impact Probe, rozbita o powierzchnię w listopadzie 2018 roku.
Wody może być więcej na nieoświetlonej stronie naszego satelity (zapewne stąd i chińskie misje tam skierowane).
Jednak utrzymywanie tam bazy oznacza kłopoty. Stale panujące zimno, brak łączności z Ziemią (potrzebny byłby satelita jako przekaźnik), przede wszystkim zaś brak energii słonecznej do zasilania urządzeń czy pojazdów.
Hel, czyli paliwo przyszłości
Woda będzie ważna dla przyszłych, załogowych misji. Dostarczy wodę pitną astronautom. To oszczędzi mnóstwo paliwa, które trzeba by spalić, by tony wody zabrać z Ziemi. Woda może być źródłem wodoru, który zostanie wykorzystany jako paliwo – wystarczy poddać ją elektrolizie. Za źródło elektryczności służyć mogą panele słoneczne.
Jest jednak jeszcze jeden potencjalny cel księżycowych wypraw. To hel-3.
Znakomita większość atomów helu ma w jądrze dwa protony i dwa neutrony. To hel-4. Jego lżejszy izotop, hel-3, ma w jądrze tylko jeden neutron. Jest gazem na tyle lekkim, że od miliardów lat ucieka z Ziemi w kosmiczną przestrzeń.
Przez to jest niezwykle rzadki – stanowi zaledwie 7 części na bilion (ppt, part per trillion) ziemskiej atmosfery.
Na innych ciałach kosmicznych jest go więcej, bo powstaje w wyniku zderzeń jąder litu z cząstkami promieniowania kosmicznego. Na Ziemi takie cząstki przechwytuje pole magnetyczne (znikoma część dociera do atmosfery).
Zgrubne szacunki wskazują, że w księżycowej glebie jest helu-3 setki razy więcej.
Hel-3 otrzymuje się na Ziemi w wyniku rozpadu radioaktywnego izotopu wodoru – trytu. Sęk w tym, że sam tryt jest nietrwały, uzyskuje się go w reaktorach atomowych, które są źródłem silnego strumienia neutronów.
Takich reaktorów jest już niewiele – na świecie pozostały dwa. Tona helu-3 jest dziś warta, według różnych szacunków, od dziesiątek do setek milionów dolarów.
Czemu w ogóle ludzkość miałby interesować rzadki izotop helu na Księżycu?
Dzisiejsze próby fuzji jądrowej polegają na zderzaniu jąder deuteru z trytem (to izotopy wodoru o jednym protonie i odpowiednio jednym lub dwóch neutronach).
Taka reakcja wymaga ekstremalnych temperatur i ciśnienia, ale jest najłatwiejsza do przeprowadzenia. Niestety synteza deuter-tryt (DT) uwalnia około 80 proc. energii w postaci strumienia neutronów. To wymaga silnego ekranowania, zdalnego manipulowania i oczywiście podnosi koszt reaktorów.
Udana fuzja bez neutronów (aneutronowa) znacznie ograniczyłaby te problemy. Takie reaktory i przyszłe elektrownie byłyby tańsze w budowie i utrzymaniu, mniejsze, nie produkowałyby radioaktywnych odpadów.
Taką bezneutronową fuzję można osiągnąć zderzając właśnie jądra helu-3 z deuterem. Produktami tego są hel-4 i proton, czyli jądro wodoru, bez strumienia neutronów.
To jednak bardzo odległa przyszłość. Na razie nie potrafimy uzyskać nadwyżki energii nawet z prostszej fuzji, deuteru z trytem.
Kosmiczna duma i porażka
Wyścig na księżyc jednak trwa, bo nie chodzi w nim w zasadzie o hel-3, czy o wodę. To przede wszystkim sprawa narodowej dumy. Chiny dołączyły do klubu kosmicznych potęg dekadę temu, dziś cieszą się z tego Indie.
Wielkim przegranym jest zaś Rosja. Trudno potwierdzić doniesienia, że za nieudanym lądowaniem Łuny 25 stoją sankcje nałożone na ten kraj za brutalną napaść na Ukrainę. Nie byłoby to jednak wcale niedorzeczne. Kosmiczna elektronika także wymaga mikroprocesorów, a tych w Rosji brakuje.
Oficjalnym wytłumaczeniem porażki jest ponad pół wieku przerwy w eksploracji kosmosu. I to również może być prawda. Rosyjski przemysł kosmiczny nie jest już tak rozwinięty, jak był w czasach zimnej wojny.
Księżycowy tłok
W ciągu następnych lat na Księżyc zaplanowano kilkanaście misji. Do grona „księżycowych krajów” chce też dołączyć Japonia, która zamierza testować techniki precyzyjnego lądowania.
Na Księżyc chcą też wrócić Amerykanie, tym razem na spółkę z Europejczykami (i firmami komercyjnymi). Program Artemis ma znów sprowadzić na Księżyc ludzi – wśród nich pierwszą kobietę.
Załogi programu Apollo stanowili głównie wojskowi, tym razem mają być to głównie naukowcy. Astronauci mają też założyć na Księżycu pierwszą bazę, by testować technologie do późniejszej misji na Marsa (planowanej na lata trzydzieste).
Będzie to pierwsze lądowanie ludzi na Księżycu od misji Apollo 17, która wylądowała 11 grudnia 1972 roku, czyli ponad pół wieku temu.
Żródło: oko.press, MICHAŁ ROLECKI
