Les endroits les plus froids sur Terre et à proximité ne sont pas proches de la température de la nuit de pleine lune - et il est très difficile de créer une base qui puisse protéger les colons d'une telle température. Pendant de nombreuses décennies, l'idée de coloniser la lune inquiète les scientifiques et les clairvoyants. Divers concepts de colonies lunaires sont apparus sur les écrans de télévision et les moniteurs.
Peut-être qu'une colonie lunaire sera la prochaine étape logique pour l'humanité. Il s'agit de notre plus proche voisin dans les étoiles, qui se trouve à quelque 383 000 kilomètres de nous, ce qui simplifie la prise en charge des ressources. De plus, il y a un excès d'hélium-3 sur la lune, un combustible idéal pour les réacteurs thermonucléaires, qui est très rare sur Terre.
Le tracé de la colonie lunaire permanente a été théoriquement esquissé par divers programmes spatiaux. La Chine a exprimé son intérêt pour la localisation d'une base de l'autre côté de la lune. En octobre 2015, on a appris que l'Agence spatiale européenne et Roscosmos prévoyaient un certain nombre de missions sur la Lune afin d'évaluer les possibilités d'implantation de colonies permanentes.
Néanmoins, notre satellite a un certain nombre de problèmes. La Lune fait une révolution en 28 jours terrestres et la nuit lunaire dure 354 heures - plus de 14 jours terrestres. Un long cycle nocturne signifie une baisse significative des températures. Les températures à l'équateur varient de 116 degrés Celsius pendant la journée à -173 degrés la nuit.
Les nuits au clair de lune seront plus courtes si la base est située au pôle Nord ou Sud. «Il existe de nombreuses raisons de construire une telle base aux pôles, mais il y a d'autres facteurs à prendre en compte en plus des heures d'ensoleillement», explique Edmond Trollope, ingénieur des opérations spatiales chez Telespazio VEGA Deutschland. Comme sur Terre, il peut faire très froid aux pôles.
Aux pôles lunaires, le Soleil se déplacera le long de l'horizon, pas dans le ciel, vous devrez donc construire des panneaux latéraux (sous forme de murs), ce qui compliquera la construction. Une grande base plate à l'équateur capterait beaucoup de chaleur, mais pour accéder à la chaleur au pôle, il faut construire vers le haut, ce qui n'est pas facile. «Avec un emplacement raisonnable, les différences de température peuvent être facilement contrôlées», explique Volcker Meiwald, scientifique au DLR German Aerospace Center.
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La grande variabilité des températures dans le cycle jour et nuit signifie que les bases lunaires devront être pourvues non seulement d'une isolation suffisante contre le froid glacial et la chaleur brûlante, mais aussi pour faire face aux contraintes thermiques et à la dilatation thermique.
Protection thermique
Les premières missions robotiques sur la Lune, comme les missions soviétiques sur la Lune, ont été conçues pour vivre un jour lunaire (deux semaines terrestres). L'atterrisseur des missions de l'arpenteur de la NASA pourrait reprendre le travail le jour lunaire suivant. Mais les dommages causés aux composants pendant la nuit ont souvent empêché l'obtention de données scientifiques.
Les rovers lunaires du programme spatial soviétique du même nom, qui a été réalisé à la fin des années 60 et 70, comprenaient des éléments de chauffage radioactif avec un système de ventilation ingénieux, qui permettait aux véhicules de vivre jusqu'à 11 mois. Les rovers lunaires hibernaient la nuit et se lanceraient avec le soleil lorsque l'énergie solaire devenait disponible.
Une option pour éviter de fortes fluctuations thermiques consiste à enterrer le bâtiment dans un régolithe lunaire. Ce matériau poudreux, qui recouvre la surface de la Lune, a une faible conductivité thermique et une résistance élevée au rayonnement solaire. Cela signifie qu'il a de fortes propriétés isolantes, et plus la colonie est profonde, plus la protection thermique est élevée. De plus, étant donné que la base chauffera et que la chaleur sur la lune est mal transférée en raison du manque d'atmosphère, cela réduira davantage le stress thermique.
Cependant, si l'idée d '«enterrer» la colonie a été, en principe, acceptée avec succès, dans la pratique, ce sera une tâche incroyablement difficile. «Je n'ai pas encore vu de projet capable de gérer cela», déclare Volcker. "Ils sont censés être des véhicules de construction robotisés qui peuvent être contrôlés à distance."
Incorporer ou couvrir?
Une autre méthode par laquelle il a été possible d'obtenir le résultat souhaité réside dans le sol lui-même. Des pénétrateurs capables de pénétrer la surface lors de l'impact ont déjà été proposés (mais à plus petite échelle) pour plusieurs missions lunaires, telles que Lunar-A au Japon et MoonLite en Grande-Bretagne (le projet est actuellement retardé, bien que l'idée d'atterrissage par pénétration ait été si convaincante que l'ESA a décidé d'utiliser pour un mécanisme de livraison rapide d'échantillons à analyser à partir de la surface et du sous-sol d'une planète ou d'une lune). L'avantage de ce concept est que la base est enterrée lors de l'impact, ce qui signifie qu'elle sera exposée à des conditions thermiques relativement modérées avant d'être protégée.
Cependant, il restera un problème de fourniture d'énergie, car un projet de pénétration typique n'offre que des options d'énergie solaire très limitées. Il y a aussi les problèmes de charges d'accélération de collision élevées et de précision élevée requise pour le guidage. «La force de collision requise pour creuser la structure sera très difficile à associer aux fonctions requises de la base habitée», explique Trollope.
Une alternative à cela serait de verser le régolithe lunaire sur le dessus de la colonie, éventuellement en utilisant des machines telles que des excavatrices hydrauliques. Mais pour faire cela efficacement, vous devez travailler rapidement.
Si le régolithe lunaire ne peut pas être versé sur la colonie, un chapeau d'isolation multicouche (MLI) peut être déployé dessus, ce qui empêchera la dissipation thermique. Les matériaux d'isolation thermique MLI sont largement utilisés sur les engins spatiaux, les protégeant du froid de l'espace.
L'avantage de cette méthode est qu'elle permet d'utiliser des panneaux solaires pour collecter et stocker de l'énergie pendant une journée lunaire de deux semaines. Mais si pas assez d'énergie est collectée, des méthodes alternatives de production d'énergie devront être envisagées.
Les générateurs thermoélectriques pourraient fournir de l'énergie à la colonie pendant le cycle nocturne: bien qu'ils soient peu efficaces, ils n'ont cependant aucun problème d'entretien, car ils n'ont pas de pièces mobiles. Les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes (RTG) offrent une grande efficacité et ont une source de carburant très compacte. Mais la base devra être protégée des radiations, tout en lui permettant de transférer de la chaleur. La logistique de l'installation d'un générateur d'isotopes radioactifs amovible est semée d'embûches: les risques vont durer, du décollage de la Terre à l'atterrissage sur la Lune, ainsi que les problèmes politiques et sécuritaires.
Des réacteurs à fission pourraient être utilisés, mais ils poseront encore plus de problèmes, y compris ceux énumérés ci-dessus.
Et si des réacteurs thermonucléaires sont développés, ils peuvent également être utilisés sur la Lune, compte tenu de l'excès d'hélium-3. Les batteries - telles que les batteries lithium-ion - peuvent également être utiles, à condition que suffisamment d'énergie solaire soit générée dans un cycle nocturne de deux semaines.
Il y a une idée de fournir de l'énergie à la station à la surface pendant le cycle nocturne en utilisant un satellite en orbite qui transmettra de l'énergie à travers des micro-ondes ou un laser. Cette idée a été étudiée il y a 10 ans. L'étude a révélé que pour une grande base lunaire, nécessitant des centaines de kilowatts d'énergie fournie depuis l'orbite par un laser de 50 kilowatts, une rectenne (un type d'antenne qui convertit l'énergie électromagnétique en courant électrique direct) aura un diamètre de 400 mètres, et sur un satellite - 5 mètres carrés kilomètres de panneaux solaires. La Station spatiale internationale mesure environ 3,3 mètres carrés. km de panneaux solaires.
Malgré des difficultés importantes pour construire une colonie qui devra résister au dur cycle lunaire nocturne, elles ne sont pas insurmontables. Avec la bonne protection thermique et le bon système de production d'électricité pendant une longue nuit de deux semaines, nous pourrions avoir une colonie lunaire dans les vingt prochaines années. Et puis nous pouvons tourner notre regard plus loin.
