De kallaste platserna på jorden och i närheten står inte nära temperaturen på den månbelysta natten - och det är mycket svårt att skapa en bas som kommer att kunna skydda bosättare från en sådan temperatur. I många årtionden har tanken på att kolonisera månen oroat forskare och framsynta människor. Olika begrepp om månkolonier har dykt upp på TV-skärmar och skärmar.
Kanske är en månkoloni nästa logiska steg för mänskligheten. Detta är vår närmaste granne i stjärnorna, som ligger cirka 383 000 kilometer från oss, vilket förenklar resursstödet. Dessutom finns det ett överskott av helium-3 på månen, ett idealiskt bränsle för termonukleära reaktorer, vilket är mycket knappt på jorden.
Rutten för den permanenta månkolonin skissades teoretiskt av olika rymdprogram. Kina har uttryckt intresse för att hitta en bas på månens bortre sida. I oktober 2015 blev det känt att Europeiska rymdorganisationen och Roscosmos planerar ett antal uppdrag till månen för att bedöma möjligheterna att placera permanent bosättning.
Ändå har vår satellit ett antal problem. Månen gör en revolution på 28 jorddagar, och månkvällen varar 354 timmar - mer än 14 jorddagar. En lång nattcykel betyder ett betydande temperaturfall. Temperaturer vid ekvatorn sträcker sig från 116 grader Celsius under dagen till -173 grader på natten.
Månbelysta nätter kommer att vara kortare om basen är belägen vid Nord- eller Sydpolen. "Det finns många skäl att bygga en sådan bas vid polerna, men det finns andra faktorer att tänka på förutom soltimmarna", säger Edmond Trollope, rymdoperatör vid Telespazio VEGA Deutschland. Liksom på jorden kan det vara mycket kallt vid polerna.
Vid månpolarna kommer solen att röra sig längs horisonten, inte över himlen, så du måste bygga sidopaneler (i form av väggar), vilket kommer att komplicera konstruktionen. En stor platt bas vid ekvatorn samlar mycket värme, men för att komma till värmen vid polen måste du bygga uppåt, vilket inte är lätt. "Med ett förnuftigt läge kan temperaturskillnader enkelt kontrolleras," säger Volcker Meiwald, forskare vid DLR German Aerospace Center.
Kampanjvideo:
Den stora variationen i temperaturer i dag- och nattcykeln innebär att månbaserna måste förses med inte bara tillräcklig isolering från den frysande kyla och värmande värme, utan också för att hantera termiska spänningar och termisk expansion.
Termiskt skydd
De första robotuppdragen till månen, liksom sovjetmånesuppdragen, utformades för att leva en måndag (två jordveckor). Landaren av NASA Surveyor-uppdrag kan återuppta arbetet nästa måndag. Men skadorna på komponenter under natten förhindrade ofta att vetenskapliga data erhölls.
Månmånarna i det sovjetiska rymdprogrammet med samma namn, som genomfördes i slutet av 60- och 70-talet, inkluderade element av radioaktiv uppvärmning med ett genialt ventilationssystem, som gjorde det möjligt för fordonen att leva upp till 11 månader. Lunar rovers skulle vila på natten och starta med solen när solenergi blev tillgänglig.
Ett alternativ för att undvika höga termiska svängningar är att begrava byggnaden i månregolit. Detta pulverformiga material, som täcker månens yta, har låg värmeledningsförmåga och hög motståndskraft mot solstrålning. Detta innebär att den har starka isoleringsegenskaper, och ju djupare kolonin, desto högre är det termiska skyddet. Eftersom basen kommer att värmas upp och värmen på månen överförs dåligt på grund av bristen på atmosfär, kommer detta att minska ytterligare termisk spänning.
Men tanken på att "begrava" kolonin i princip accepterades framgångsrikt, men i praktiken kommer det att bli en oerhört svår uppgift. "Jag har ännu inte sett ett projekt som kan hantera det här," säger Volcker. "De ska vara robotkonstruktionsfordon som kan kontrolleras på distans."
Bädda in eller täcka?
En annan metod genom vilken det var möjligt att uppnå det önskade resultatet ligger i marken själv. Genomträngare som kan penetrera ytan under påverkan har redan föreslagits (men i mindre skala) för flera månmissioner, som Japans Lunar-A och Storbritanniens MoonLite (projektet är för närvarande försenat, även om idén om penetrationslandning var så övertygande att ESA beslutade att använda för en mekanism för snabb leverans av prover för analys från ytan och ytan på en planet eller en måne). Fördelen med detta koncept är att basen är begravd vid slag, vilket innebär att den kommer att utsättas för relativt måttliga termiska förhållanden innan den skyddas.
Det kommer emellertid att finnas ett problem med energiförsörjningen, eftersom ett typiskt penetrationsprojekt endast erbjuder mycket begränsade alternativ för solenergi. Det finns också problemen med höga kollisionsaccelerationsbelastningar och hög noggrannhet som krävs för vägledning. "Den kollisionsstyrka som krävs för att gräva strukturen kommer att vara mycket svår att matcha med de bemannade basernas funktioner," säger Trollope.
Ett alternativ till detta skulle vara att hälla månregolit på toppen av kolonin, eventuellt med maskiner som hydrauliska grävmaskiner. Men för att göra detta effektivt måste du arbeta snabbt.
Om månregolitten inte kan hällas på kolonin, kan en hatt med flerskiktsisolering (MLI) placeras över den, vilket förhindrar värmeavledning. MLI-värmeisoleringsmaterial används ofta på rymdskepp och skyddar dem från kylan i rymden.
Fördelen med denna metod är att den gör det möjligt att använda solpaneler för att samla in och lagra energi under en två veckors måndag. Men om inte tillräckligt med energi samlas in måste alternativa energiproduktionsmetoder övervägas.
Termoelektriska generatorer kan förse kolonin med energi under nattcykeln: även om de har låg effektivitet har de dock inga problem med underhåll, eftersom de inte har några rörliga delar. Radioisotop termoelektriska generatorer (RTG) erbjuder stor effektivitet och har en mycket kompakt bränslekälla. Men basen måste skyddas från strålning, samtidigt som den låter den överföra värme. Logistiken för att installera en flyttbar radioaktiv isotopgenerator är full av problem: riskerna kommer att vara hela vägen, från start från jorden till landning på månen, tillsammans med politiska frågor och säkerhetsfrågor.
Fissionreaktorer skulle kunna användas, men det kommer att bli ännu fler problem med dem, inklusive de som anges ovan.
Och om termonukleära reaktorer utvecklas kan de också användas på månen, med tanke på överskottet av helium-3. Batterier - som litiumjonbatterier - kan också vara praktiska under förutsättning att tillräcklig solkraft genereras i en två veckors nattcykel.
Det är en idé att tillhandahålla kraft till stationen på ytan under nattcykeln med en kretsande satellit som kommer att överföra energi genom mikrovågor eller en laser. Denna idé undersöktes för tio år sedan. Studien fann att för en stor månbase, som kräver hundratals kilowatt energi tillförd från en bana av en 50 kilowatt laser, kommer en rectenna (en typ av antenn som omvandlar elektromagnetisk energi till likström) 400 meter i diameter och på en satellit - 5 kvadratmeter kilometer solpaneler. Den internationella rymdstationen är cirka 3,3 kvadratmeter. km solpaneler.
Trots betydande svårigheter med att bygga en koloni som måste tåla den hårda nattliga måncykeln är de inte oöverstigliga. Med rätt termiskt skydd och rätt kraftproduktionssystem under en lång två veckors natt kunde vi ha en månkoloni under de kommande tjugo åren. Och sedan kan vi vända blicken längre.