Przeludnienie, wyczerpywanie się surowców naturalnych, postępująca degradacja środowiska i zmiany klimatyczne, ale też szybki rozwój technologii sprawiają, że scenariusz przeniesienia ludzkiego życia poza jego ziemską kolebkę staje się nie tylko kuszący, ale konieczny i przede wszystkim możliwy.
W marcu tego roku naukowcy z amerykańskich uniwersytetów zaproponowali stworzenie pod powierzchnią Księżyca swoistej nowej Arki dla ludzkości. Bank genów miałby zawierać siedem milionów próbek, w tym nasiona ziemskich roślin i komórki rozrodcze ludzi oraz zamieszkujących naszą planetę zwierząt. Jak przekonują naukowcy, Ziemia jest środowiskiem niestabilnym, a życie na niej może ulec zagładzie w wyniku zderzenia z odpowiedniej wielkości asteroidą, eksplozji superwulkanu lub innych katastrof naturalnych, a naszym obowiązkiem jest zadbanie, by potencjał tworzenia życia przetrwał.
Bank miałby zostać zbudowany w jaskini lawowej, naturalnie wydrążonym tunelu powstałym miliony lat temu. Aby utrzymać próbki w odpowiednio niskiej temperaturze, zostałyby one złożone w specjalnych lodówkach zasilanych dzięki panelom słonecznym rozstawionym na powierzchni. I chociaż mówimy o umiejscowionym pod gruntem banku danych genetycznych, to również plany pierwszych kolonii pozaziemskich zakładają wkopanie się pod powierzchnię.
– Jest to brane pod uwagę głównie w przypadku baz marsjańskich. Mars stracił chroniącą przed promieniowaniem kosmicznym magnetosferę, co oznacza, że ewentualni koloniści narażeni by byli na ogromną jego dawkę. Umieszczenie habitatów pod powierzchnią gruntu, na przykład w jakiejś jaskini lub innej rozpadlinie, pozwoliłoby zredukować ekspozycję na promieniowanie kosmiczne – wyjaśnia architekt kosmiczny i dyrektor analogowego habitatu „Lunares” Leszek Orzechowski.
Promieniowanie kosmiczne to strumień wysokoenergetycznych cząstek, głównie protonów i cząstek alfa oraz niewielkiej liczby jąder pierwiastków ciężkich, zdolny niszczyć elektronikę, wpływać na zdrowie ludzi i zwierząt, w tym na rozwój chorób nowotworowych. Ochrona przed nim to jedno z największych wyzwań załogowej eksploracji kosmosu i jeden z pierwszych problemów, z jakimi muszą się zmierzyć interdyscyplinarne zespoły tworzące teoretyczne podwaliny budowy pozaziemskich baz. Co muszą brać pod uwagę poza tym?
– Zacznijmy od kwestii podstawowych. Jakąkolwiek pozaziemską bazę, czy to czysto naukową, czy też będącą zalążkiem przyszłej kolonii, można stworzyć tylko tam, gdzie jesteśmy w stanie wylądować – mówi dr Natalia Zalewska, planetolożka z Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk. – Z pozoru wydaje się to oczywiste, ale gdy przyjrzymy się Układowi Słonecznemu, to od razu widać, że eliminujemy sporo miejsc, choćby Wenus, na której jest za gorąco (ponad 460 stopnie Celsjusza) i padają kwaśne deszcze, również gazowe olbrzymy. Przyda się też miejsce z choćby cienką atmosferą, by zapewniła przynajmniej minimalną ochronę przed promieniowaniem kosmicznym i utrzymywała na planecie lub księżycu temperaturę nie poddającą się skrajnym wahaniom dobowym. Kolejną istotną kwestią jest woda. Dzisiaj wiemy, że w przestrzeni kosmicznej tej wody jest dużo, ale to nie znaczy, że jest o nią łatwo – wyjaśnia.
Przykładowo na Marsie lodowce, podobnie zresztą jak na Ziemi, znajdują się na biegunach. Tam jest wody pod dostatkiem, ale jest też bardzo zimno, nawet -130 stopni Celsjusza. Za to na równiku w czasie marsjańskiego lata temperatura podskakuje powyżej 25 stopni Celsjusza w ciągu dnia. Czyli pod względem temperaturowym lepiej byłoby mieszkać na równiku, gorzej, że trudno byłoby tam o wodę, która posłużyłaby kolonistom nie tylko do picia, ale również – dzięki procesowi elektrolizy – do produkcji tlenu oraz będącego świetnym paliwem rakietowym wodoru. Dostęp do wody jest niezbędny. Przynajmniej w tej chwili. Są jednak również plany tworzenia generatorów tlenu niebazujących na procesie elektrolizy wody. Już teraz, dzięki łazikowi Perseverance, na Marsie będzie przeprowadzany eksperyment MOXIE, który ma sprawdzić, czy da się wytworzyć tlen z marsjańskiego dwutlenku węgla.
– Właśnie te dwie kwestie: bliskość źródeł wody oraz usytuowanie bazy w miejscu, w którym panują akceptowalne temperatury, braliśmy pod uwagę projektując bazę Twardowsky (w 2019 roku projekt bazy zdobył drugą nagrodę w międzynarodowym konkursie Mars Colony Prize – przyp. aut.). Przeglądając plany lądowań na Czerwonej Planecie, uznaliśmy, że takim optymalnym miejscem na bazę marsjańską będzie krater Jezero, ten sam, w którym wylądował w lutym tego roku łazik Perseverance – mówi Leszek Orzechowski.
Krater położny jest na granicy terenów wyżynnych i północnych nizin Marsa, co pozwoliło wtopić bazę w zbocze, a nie zejść z nią głęboko pod ziemię. Zbocze góry daje ochronę przed promieniowaniem, za to wysunięcie części habitatu na powierzchnię to dostęp do światła słonecznego niezbędnego zarówno ludziom, jak i roślinom, jakie trzeba będzie uprawiać w kolonii. W przypadku Twardowsky’ego twórcy, czyli studenci i adepci Politechniki Wrocławskiej zrzeszeni wokół grupy Space is More i Koła Naukowego Pojazdów i Robotów Mobilnych Off-Road, uznali, że należy postawić na akwaponikę, system produkcji żywności łączący konwencjonalną akwakulturę z hydroponiką w wytworzonym symbiotycznym środowisku. Liczy się też coś, co można określić całkowitym recyklingiem. W kolonii, w której nie można otworzyć okna, by wpuścić świeże powietrze, gdzie nie można wpaść do sklepu po nowe buty, nie funkcjonują hipermarkety z uginającymi się od nadmiaru dóbr półkami, nic a nic nie może się zmarnować. Każdy jeden wyhodowany liść jest cenny, każdy odpadek nadaje się do przerobienia. Bo żadna kolonia się nie utrzyma, jeśli będzie wymagała stałych dostaw z Ziemi.
– Samowystarczalność jest kluczowa. Koloniści nie mogą funkcjonować tylko w oparciu o dostawy z Ziemi. Tak naturalnie będzie w pierwszej fazie powstawania bazy, gdy – podobnie jak w serialu National Geographic „Mars”, pierwsi ludzie na Czerwonej Planecie założą bazę w rozpadlinie i rozpoczną proces kolonizacji. Ale im większa będzie kolonia, tym bardziej pierwszoplanowa stanie się samowystarczalność. Bo co, jeśli statek z jedzeniem nie doleci? Albo narzędzia potrzebne do naprawy kluczowych elementów ulegną zniszczeniu? Nie można na to czekać pół roku, bo tyle trwa w optymalnych warunkach lot na Marsa. To wszystko musi być na miejscu – przekonuje Leszek Orzechowski.
W podobnym tonie wypowiada się Justyna Pelc. – Jeżeli chcemy tworzyć pozaziemskie bazy, musimy budować je z zastanych na miejscu materiałów. To jedyne racjonalne wyjście – przekonuje liderka grupy Innspace, która niedawno zdobyła 4. miejsce w konkursie Moon Base Design Contest zorganizowanym przez stowarzyszenie Moon Society z USA.
Przygotowując konkursowy projekt, jej grupa sięgnęła do badań prowadzonych przez Europejską Agencję Kosmiczną, która od lat rozwija program „Moon Village”. Już dekadę temu specjaliści z ESA uznali, że najbardziej optymalnym rozwiązaniem będzie drukowanie elementów bazy z księżycowego regolitu, czyli luźnych skał i piasku. Uznano, że dzięki technologii druku 3D można będzie drukować na miejscu całe, ogromne elementy habitatów.
Dlaczego tak bardzo podkreślamy konieczność użycia zastanych materiałów? Powodów jest sporo, a do najważniejszych można zaliczyć ten ekonomiczny, związany z pokonywaniem potężnej siły – grawitacji.
Grawitacja ziemska sprawia, że możemy chodzić po podłożu, a nie skakać, że nasze ciała poprawnie funkcjonują, a kubek postawiony na stole nie odleci. Jest potężną siłą formującą nasze życie na tej planecie. Ale jest też siłą, która nie chce nas stąd wypuścić. Wyniesienie czegokolwiek na orbitę ziemską i dalej wymaga przezwyciężenia grawitacji. Można to zrobić tylko dzięki nadaniu rakiecie ogromnej prędkości. Pierwsza prędkość kosmiczna, czyli niezbędna na przykład do wyniesienia na orbitę satelitów, to niespełna osiem kilometrów na sekundę, druga prędkość kosmiczna, zwana inaczej prędkością ucieczki, tuż przy powierzchni Ziemi wynosi ponad 11 km/s. Jedynym znanym nam sposobem na nadanie ciału takich prędkości są ogromne i kosztowne rakiety nośne.
Najniższy koszt wyniesienia kilograma dowolnego ładunku na orbitę oferuje w tej chwili SpaceX, mimo to cena ta wynosi pięć tysięcy dolarów. Ile startów rakiety Falcone 9 trzeba byłoby do wyniesienia na orbitę i skierowania na inne ciało niebieskie wszystkiego, co byłoby niezbędne do życia kolonistom, w tym habitatów? W dodatku, jaki miałoby to sens, skoro chcemy tworzyć kolonie pozaziemskie, by mieć wersję zapasową dla Ziemi? Nie możemy więc posługiwać się ziemskimi zasobami, by taką kolonię tworzyć i utrzymywać.
– Tworzenie kolonii rozpocznie się od wysłania w miejsce docelowe zapasów i podstawowej wersji habitatu, wszelkich niezbędnych narzędzi, w tym drukarek 3D. Dopiero później przylecą osadnicy i będą krok po kroku rozbudowywać osadę, wykorzystując do tego to, co mają na miejscu. Dlatego pierwsi osadnicy to będą naukowcy: inżynierowie, biolodzy, botanicy, chemicy, informatycy, mechanicy i tak dalej. Oni rozpoczną proces wykorzystywania zasobów danej planety do przeżycia. Gdy stworzą podwaliny technologii, pojawią się nowi i osada będzie mogła się rozbudowywać. Ale już teraz na Ziemi tworzymy analizy i projekty, które będą mogły im w tym pomóc. Tworzymy odporne materiały i szlifujemy technologię, szukamy nieoczywistych rozwiązań codziennych problemów – mówi Justyna Pelc.
Kolonie pozaziemskie będą funkcjonowały w analogiczny sposób do dawnych osad ludzkich oddalonych od podobnych sobie o setki kilometrów. Nie będzie podziału na pracę i życie poza pracą, bo konieczność utrzymania się przy życiu nie pozwoli na odbicie karty godzinowej i powiedzenie „ja na dzisiaj skończyłem”. Będą wymagały kreatywności i umiejętności współpracy oraz gospodarki określanej teraz mianem sharing, czyli współdzielnej. I chociaż wizje kosmicznych habitatów wyróżniających się baśniową wręcz architekturą są kuszące, to tak naprawdę nie estetyka jest tu kluczowa, a same bazy będą musiały być raczej praktyczne niż piękne. Ale, jak podkreśla Justyna Pelc, wnętrza tego typu baz powinny być zaprojektowane z poczuciem smaku, ponieważ estetyka ma znaczący wpływ na kondycję psychiczną. W końcu zależy nam by ludzie, którzy zdecydowali się porzucić ziemskie życie na rzecz pozaziemskiej kolonii, byli w dobrym zdrowiu psychicznym. Niezależnie od wyglądu, jeśli tego typu bazy powstaną, a wierzę, że tak się stanie, będą triumfem człowieka nad ograniczeniami jego własnej natury.
