Það eru meira en 50 ár síðar maður steig síðast fæti á tunglið. Nú er þó ljóst að Apollo 17- leiðangurinn frá 1972 verður ekki síðasta mannaða tunglferð Bandaríkjamanna. Bandaríska geimferðastofnunin NASA hefur loks hafið undirbúninginn að næsta tunglferðaverkefni:
Verkefninu Artemis sem ætlað er að skila fjölmörgum mönnuðum tunglferðum.
Geimferðafyrirtæki milljarðamæringsins Elons Musk, SpaceX, fékk árið 2021 það verkefni að smíða farartæki sem geti með fyllsta öryggi skilað mönnum niður á yfirborð tunglsins. En nú birtist líka nýr keppandi á sviðinu.
NASA veðjar nefnilega ekki bara á einn hest varðandi það að tryggja sér nýja orku – og um leið stökkbretti til rannsókna lengra út í sólkerfið en áður hefur verið unnt.
Nýja lendingarfarartækið snýr viðteknum hugmyndum um lendingar á tunglinu á hvolf. Og það gæti reynst mikill kostur.
Vatnið lokkar
Síðan Apollo 17-geimfararnir yfirgáfu tunglið hefur geimtæknin breyst til mikilla muna. Eftir að Bandaríkjamönnum hafði tekist að sigra Rússa í keppninni um tunglið, voru fjárveitingar til NASA skornar mikið niður og fjöldi starfsfólks fór úr 400.000 á sjöunda áratugnum niður fyrir 150.000 á þeim áttunda.
Bandaríkjamenn beindu nú sjónum að geimferjunum og síðar Alþjóðageimstöðinni (ISS) sem byrjað var á um árþúsundamótin.
Á síðari árum hefur NASA tekið að sýna tunglinu áhuga á nýjan leik og hið sama er að segja bæði um geimferðastofnanir annarra ríkja og einkafyrirtæki. Mikilvægasta ástæðan er vatn.
Vísindamenn telja nú að á tunglinu leynist miklar vatnsbirgðir bundnar í ís. T.d. hafa athuganir gervitungls NASA, LRO (Lunar Reconnaisance Orbiter), sýnt að allt að 22% yfirborðsins í Shackleton-gígnum sem er 21 km á breidd, gætu verið þakin ís. Alls er talið að við póla tunglsins séu um 600 milljarðar kílóa af ís.
Vatnið getur að sjálfsögðu nýst geimförum til drykkjar en til viðbótar má vinna úr því hið lífsnauðsynlega súrefni.
Frá sjónarhóli geimverkfræðinga er þó ekki síður mikilvægt að úr vatni má vinna eldflaugaeldsneyti. Í fyrstu munu geislar sólar aðstoða við að vinna vatn úr mánarykinu en síðar munu sólþiljur knýja rafsundrun sem klýfur vatnssameindirnar í frumefnin súrefni og vetni.
Vetnið verður unnt að kæla og nota til að fylla á eldsneytisgeyma geimskipa sem millilenda á tunglinu. Af því leiðir að eldflaugar sem skotið er upp frá jörðu þurfa ekki að bera eldsneyti til allrar ferðarinnar, heldur verður unnt að fylla tankana á tunglinu og halda svo áfram ferðinni lengra út í sólkerfið.
Næstu leiðöngrum til tunglsins verður beint til suðurpólsins, þar sem gervitungl hefur skynjað mikið magn af vatnsís.
Landnám á tunglinu getur líka haft áhrif á daglegt líf okkar hér á jörðinni. Þar er mjög líklega að finna mikið af fágætum málmum sem eru nauðsynlegir í snjallsíma, rafhlöður fyrir rafbíla og fjölmörg rafeindatæki.
Á tunglinu er líka unnt að vinna helíum-3, sérstakt ísótóp þessa frumefnis. Helíum-3 er talið geta gegnt mikilvægu hlutverki í samrunakjarnorkuverum sem geta framleitt hreina orku án þess að til verði geislavirkur úrgangur. Slík orkuver líkja eftir orkumyndun í sólinni.
En það er léttar sagt en gert að lenda á tunglinu. Á síðustu árum hafa ómönnuð geimför frá einkafyrirtækjum í Japan, Indlandi og Ísrael orðið þar að brotajárni eftir misheppnaðar lendingar.
Helmingur lendinga hefur mistekist
Sovétmenn og síðar Rússar hafa sent alls 58 geimför til tunglsins en aðeins 18 þeirra tókst að lenda heilu og höldnu. Bandaríkjamönnum hefur tekist betur en á síðari árum hafa Kínverjar, Japanir og Indverjar líka sent geimför til tunglsins.
NASA stundar ekki lengur smíði þeirra geimfara sem stofnunin notar til að koma mönnum til tunglsins, heldur hefur boðið verkefnið út. SpaceX hefur síðan 2021 unnið að útfærslu á geimfarinu Starship sem á að henta til lendingar á tunglinu og nú er annað fyrirtæki komið til sögunnar.
Hjá NASA vilja menn sjá tvo valkosti sem hvor um sig hefur sína kosti og ókosti – og um leið eitthvert plan B ef smíði lendingarfars skyldi seinka verulega.
Þetta fyrirtæki heitir Blue Origin og eigandi þess er annar milljarðamæringur, Jeff Bezos.
Hjá geimferðafyrirtæki Elons Musk, SpaceX, er verið að smíða sérútgáfu af Spaceship sem á að flytja geimfara til tunglsins.
Lendingarfarið kallast Blue Moon og verðu hannað sérstaklega til mjúkrar lendingar.
Og þegar til þess kemur getur sérkennileg staðsetning eldsneytisgeyma, þvívíddarprentaður mótor og þrír leysigeislar haft úrslitaáhrif.
Þolir 30 daga á tunglinu
Blue Moon er 16 metrar á hæð og knúið fljótandi vetni rétt eins 100 metra Saturn V-eldflaugar Apollo-tímans. Vetnið er notað vegna þess að það gefur gríðarmikinn þrýstikraft í hlutfalli við magn sem brennt er.
„Við viljum meiri samkeppni. Við viljum hafa tvö lendingaför. Þannig fær NASA bæði öryggi og varaskeifu.
Bill Nelson, forstjóri NASA
Vetni helst ekki fljótandi nema við 253,15 stiga frost að lágmarki. Annars gufar það upp og í geimnum getur hitamunurinn á sólar- og skuggahlið geimfars orðið nokkur hundruð gráður.
Í Blue Moon er þessi vandi leystur með tvenns konar sértækni. Annars vegar knýja sólþiljur sérstakan kælibúnað sem kælir vetnið. Hins vegar eru hlífðarvængir sem endurkasta sólarljósi sem þá hitar ekki vetnið.
Til viðbótar við þetta er það einkum tvennt sem einkennir Blue Moon og aðgreinir frá öðrum farartækjum í Artemis-verkefninu. Farartækið er byggt „öfugt“ ef svo mætti segja og í því er þrívíddarprentaður eldflaugahreyfill.
Geimfarar sem lenda á tunglinu í Starship þurfa að fara nærri 40 metra í lyftu niður úr trjónunni en geimfarar í Blue Moon geta gengið niður tröppur úr farþegarýminu, vegna þess að því er komið fyrir undir eldsneytisgeymunum.
Viðsnúningurinn tryggir lendingu
Í lendingarfari sitja geimfarar yfirleitt efst en í Blue Moon eru höfð endaskipti á þessu. Eldsneytistankarnir eru ofan á klefa geimfaranna sem þess vegna eiga greiða leið niður á yfirborðið.
1. Loftnet annast fjarskipti við jörð
Efst á 16 m háu lendingarfarinu eru tvö loftnet sem áhöfnin notar til samskipta við áætlaða geimstöð á braut um tunglið – Gateway – og við stjórnstöð á jörðu.
2. Fljótandi súrefni og vetni er geymt efst
Efst í farinu er tankur með fljótandi vetni, umlukinn hitahlífum sem koma í veg fyrir uppgufun vetnisins. Þar fyrir neðan er súrefni sem brennt er með vetninu þegar farartækið lendir eða tekur á loft.
3. Greið leið út á yfirborðið
Allt að fjórir geimfarar komast fyrir í rýminu. Súrefni, matur og drykkjarvatn duga í allt að 30 daga. Klefinn er hafður sem næst yfirborðinu til að auðvelda geimförunum vinnuna.
4. Þrívíddarprentaður hreyfill lendir mjúklega
Hreyfillinn kallast BE-7 og er þrívíddarprentaður. Samsetningar verða færri og veikleikar líka færri. Að auki er hreyfillinn snöggur að breyta þrýstikraftinum og það tryggir mjúka lendingu.
Viðsnúningurinn tryggir lendingu
Í lendingarfari sitja geimfarar yfirleitt efst en í Blue Moon eru höfð endaskipti á þessu. Eldsneytistankarnir eru ofan á klefa geimfaranna sem þess vegna eiga greiða leið niður á yfirborðið.
1. Loftnet annast fjarskipti við jörð
Efst á 16 m háu lendingarfarinu eru tvö loftnet sem áhöfnin notar til samskipta við áætlaða geimstöð á braut um tunglið – Gateway – og við stjórnstöð á jörðu.
2. Fljótandi súrefni og vetni er geymt efst
Efst í farinu er tankur með fljótandi vetni, umlukinn hitahlífum sem koma í veg fyrir uppgufun vetnisins. Þar fyrir neðan er súrefni sem brennt er með vetninu þegar farartækið lendir eða tekur á loft.
3. Greið leið út á yfirborðið
Allt að fjórir geimfarar komast fyrir í rýminu. Súrefni, matur og drykkjarvatn duga í allt að 30 daga. Klefinn er hafður sem næst yfirborðinu til að auðvelda geimförunum vinnuna.
4. Þrívíddarprentaður hreyfill lendir mjúklega
Hreyfillinn kallast BE-7 og er þrívíddarprentaður. Samsetningar verða færri og veikleikar líka færri. Að auki er hreyfillinn snöggur að breyta þrýstikraftinum og það tryggir mjúka lendingu.
Þessi aðferð er líka önnur en í Apollo-lendingarförunum þar sem geimfararnir sátu ofan á eldsneytistönkunum.
Blue Moon er líka mun stærra og rúmar tvöfalt fleiri geimfara.
Leysigeislar til stýringar
Í sjálfri lendingunni eiga geimfararnir að geta komist hjá því að lenda á ójöfnum eða steinum. Þetta verður leyst í samspili þrívíddarprentaða hreyfilsins og nýrrar leysigeislatækni.
Eldflaugahreyfillinn er að stórum hluta þrívíddarprentaður. Af því leiðir að unnt er að smíða færri og stærri stykki. Færri samsetningar þýða sjálfkrafa færri veikleika. Jafnframt hafa verkfræðingarnir lagt mikið upp úr að hreyfillinn láti vel að stjórn og geti á örskömmum tíma farið úr hámarksafköstum í lágmarksafköst. Það getur komið í góðar þarfir við lendingu á tunglinu.
Stjórntölvunni til leiðsagnar getur nýtt kerfi frá NASA komið í góðar þarfir. Kerfið virkar þannig að leysigeislum er skotið niður á yfirborðið og lítill sjónauki skynjar endurkastið og um leið hvar aðstæður til lendingar séu bestar ásamt því hvernig skuli stýrt og hægt á ferðinni til að lendingin verði sem mýkst.
Leysiljós tryggir mjúka lendingu
Hjá NASA er verið að þróa leysibyssukerfi sem á að stýra lendingarförum til mjúkrar lendingar á tunglinu. Í nánu samhengi við hraðabreytingar hreyfilsins á þannig að takast að lenda mjúklega á besta mögulega stað.
1. Hreyfillinn byrjar að draga úr hraða
7 km hæð yfir yfirborði tunglsins er kveikt á hreyflinum sem tekur smám saman að hægja á farinu á nokkurra km leið. Hreyfillinn byrjar á fullum afköstum en dregur úr þrýstingnum eftir því sem nær dregur yfirborðinu.
2. Leysigeislar tryggja nákvæmnina
Í 6,4-4,8 km hæð er kveikt á þremur leysibyssum og litlir sjónaukar skynja endurkast geislanna. Á grundvelli þessara mælinga ákvarðar stjórntölvan staðsetningu og hæð og getur breytt stefnunni.
3. Örugg lending
Í 500 metra hæð sendir annað tæki, kallað HDL, marga stutta leysiblossa að yfirborðinu. Þessir blossar afhjúpa halla og steina sem gætu truflað örugga lendingu og hægt að sneiða hjá slíkum stöðum.
Samkvæmt áætluninni eiga fyrstu Blue Moon-geimfararnir að lenda á tunglinu árið 2029 í leiðangrinum Artemis V. Eftir það á farartækið svo að koma til álita í síðari tunglferðum og þá í samkeppni við Starship frá SpaceX.
Geimfarar eiga m.a. að safna sýnum, nota ýmis rannsóknatæki – og til lengri tíma litið stofnsetja þarna mannabústaði og vinna fágæta málma og helíum-3.
Jafnframt öllu þessu er áfram unnið að því að þróa nýja tækni til lengri geimferða. Hjá NASA binda menn t.d. miklar vonir við svonefnda NTP-tækni (Nuclear Thermal Propulsion) sem nýtir orku frá kjarnakljúfi um borð í geimskipi til að hita fljótandi vetni. Sú tækni á að skapa geimskipi tvöfalt flugþol á við hefðbundna eldflaugahreyfla.
Í þessu tilliti gæti mikilvæg reynsla fengist með Blue Moon, því ef tunglferðir komandi ára leiða í ljós að hægt sé að halda vetni fljótandi í geymunum um langan tíma, gæti það orðið uppskriftin að löngum ferðum út í sólkerfið, þar sem geimfarar gætu verið árum saman á ferð án þess að verða eldsneytislausir.