Till månen och Mars – Kartläggning av det nya rymdracet

Rymdracet 2.0

Människans första utforskning av rymden skedde under kalla kriget och den stora maktkampen mellan USA och Sovjetunionen. Så olyckligt som det är verkar det som om en av vår arts största prestationer behövde konflikter och hotet om krig för att komma framåt.

Efter Apollo 11:s landning på månen och Sovjetunionens kollaps avtog impulsen att gå ut i rymden något. Decennium efter decennium samlades fler år utan att någon människa hade gått på månen.

Men ett nytt rymdrace värmer upp, och precis som det första drivs det av den växande rivaliteten mellan USA och den nya uppåtgående supermakten Kina. Med Ryssland, arvtagare till Sovjetunionen, redo att gå samman med Kina.

När vi diskuterar den senaste utvecklingen inom rymdforskning tenderar vi att fokusera antingen på kort sikt, som den imponerande landningen av SpaceX för några dagar sedan.

Eller den mycket långa sikt, som hur vi skulle kunna bygga en global rymdbaserad ekonomi eller de infrastrukturer som krävs för att komma dit, inklusive förse jorden med obegränsad grön energi.

Mindre ofta diskuteras under de kommande 1–2 decennierna, liksom planerna från icke‑västliga offentliga myndigheter och privata företag.

Rymdstationer

ISS

Efter att den ryska rymdstationen Mir avslutades 2001 var endast ISS (International Space Station) kvar i omloppsbana med astronauter.

Källa: NASA

Denna åldrande utrustning, som startade 1998, blir allt svårare att underhålla och är benägen att gå sönder. Som ett resultat förväntas den tas ur bruk senast år 2030.

In the summer of 2024, NASA meddelade att SpaceX hade valts för att utveckla och leverera USA:s deorbit‑fordon.

Kinas Tiandong

ISS har nyligen fått sällskap av Kinas Tiandong (betyder Celestial Palace) rymdstation, vars konstruktion påbörjades 2021.

Källa: Wikipedia

Kina beslutade att bygga sin egen station efter Wolf‑tillägget, en amerikansk lag från 2011 som förbjöd Kina att samarbeta med USA, Europa eller Japan i rymdforskning, särskilt med ISS.

Det ses nu allmänt som en dålig idé, och det har drivit Kina att utveckla sin egen förmåga inom rymduppskjutning och rymdstationskonstruktion. Tiandong öppnar nu för icke‑kinesiska astronauter, troligen först sina ryska partners, som har varit avgörande för att påskynda Kinas framsteg i rymden.

Kina planerar att fördubbla stationen från 3 till 6 moduler under de kommande åren. Detta skulle ge den en massa på 180 ton, eller bara 40 % av ISS:s 450 ton.

Källa: Wikipedia

Diskussioner online har också fokuserat på hur mer strömlinjeformad Tiandongs interiör är jämfört med ISS, men detta är sannolikt lite orättvist, eftersom Tiandong har dragit nytta av mycket nyare IT‑teknik och erfarenheten från Mir och ISS:s konstruktion.

Källa: Reddit

Tiandong kommer att ge erfarenhet till Kinas taikonaut, det kinesiska ordet för astronaut, på samma sätt som ryssarna använde kosmonaut, och kommer att användas för att utföra vetenskapliga uppdrag.

Den kommer också att serva ett Hubble‑likt rymdteleskop kallat Xuntian (“himlens undersökning.”), som kommer att dela rymdstationens omloppsbana och få stöd av Tiandongs reparationer, underhåll och framtida uppgraderingar.

“Xuntian-teleskopet har varit det viktigaste vetenskapliga projektet sedan lanseringen av vårt lands rymdstationsprogram. Det är en vetenskaplig anläggning som den kinesiska astronomiska gemenskapen har väntat ivrigt på, och en anläggning som representerar statlig högteknik inom astronomi.

Hubble kanske ser ett får men CSST ser tusentals, alla med samma upplösning,

Zhou Jianping – Chefdesigner för Kinas bemannade rymdprogram”

Rysk station

Sedan Mir:s slut har Ryssland varit en nyckelpartner i ISS‑programmet, vilket speglar en ny era med mer begränsad budget efter Sovjetunionen och bättre internationella relationer.

Ukrainakriget har tungt belastat detta sedan dess, och 2024 meddelade Ryssland planer på att lämna ISS‑programmet och bygga sin egen fyrmoduls rymdstation. Den första modulen kommer att skjutas upp 2025, med de fyra huvudmodulerna anslutna 2030 och två ytterligare 2033.

Källa: Payload

Denna ambitiösa plan visar Moskvas avsikt att förbli en oberoende partner till Kina och inte förlita sig helt på den när det gäller rymdforskning. Dock kan den drabbas av budgetrestriktioner om kriget i Ukraina fortsätter eller om den ryska ekonomin avtar. Den kommer också starkt att bero på framgången för den nyligen testade tunga uppskjutningsbäraren Angara A5.

Flyg oss till månen

Förutom rymdstationer är månen den primära fokusen i det nya rymdracet, där NASA och dess internationella partners samt Ryssland och Kina planerar att bygga permanent bemannade baser.

Det beror på några nyckelpunkter som gör månen mycket attraktiv som första steg i interplanetär kolonisation.

Närhet

Det första argumentet för att utveckla vår första rymdbas på månen är att den är relativt nära jorden. Till skillnad från vad man kan förvänta sig minskar detta inte avsevärt det totala antalet raketuppskjutningar eller den energi som krävs för att nå den. När man väl är i omloppsbana är allt i solsystemet “nära” med avseende på den energi som krävs.

Det är dock en mycket kortare resa. Detta har flera fördelar:

• Mindre restid innebär mindre strålningsexponering och mindre behov av tungt skydd för transportfarkosten.
• Att ta med extra förnödenheter i en nödsituation eller evakuera en sjuk eller skadad astronaut går snabbare.
• Det finns nästan ingen kommunikationsfördröjning (1,25 sekunder), vilket möjliggör nästan omedelbar kommunikation, samtal i realtid och stöd för teleopererade system.

Gravitation

Månens gravitation är 1/6 av jordens. Detta är inte mycket, men det kan hjälpa till att minska de negativa hälsoeffekterna av mikrogravitation, som de på rymdstationer. Det kan faktiskt vara en guldgruva av information för att förstå vad låg, men icke‑noll gravitation gör med människokroppen på lång sikt, något som fortfarande är oklart. Och uppenbarligen är detta mycket viktig data för att förstå om vi en dag kan bosätta Mars.

Det gör också allt från tillverkning till underhåll och vardagsliv enklare. Föremål faller ner, vätskor och mat svävar inte omkring, osv.

Metallisk regolit

Många föreställer sig att månens yta består av ett dammigt vitt sten. Istället är månens yta, särskilt de översta 15 metrarna (16 yard), gjord av ett fint slipande damm från meteoritnedslag, kallat regolit.

Denna regolit består mestadels av syre (43 %) och kisel (20,1 %), men också mycket metaller: 12,5 % järn, 7,4 % aluminium, 6,1 % magnesium och 1,8 % titan. Detta innebär att den kan leverera, direkt från ytan, alla de metaller vi behöver för att bygga stora habitat och solpaneler för en månbas.

Den kan till och med ge fler metaller än vad vi behöver för att bygga solpaneler för att förse jorden med energi eller stora rymdskepp för massöverföringar till Mars.

Det är också relativt enkelt att smälta och rena den med lokala resurser. För mer information kan du titta på den utmärkta (och långa) videon från kanalen Astrum om ämnet:

https://www.securities.io/wp-content/uploads/2024/10/ISS-versus-tiangdong-space-stations.jpg

Luftlöshet

Eftersom månen är luftlös kommer den sannolikt aldrig att ha miljarder invånare. Detta har dock några stora fördelar.

Den första är att smältning av regolitmetall i ett hårt vakuum kan göras genom att omvandla dem till gaser. Detta kan göras vid temperaturer under 1 000 °C, lätt att uppnå med solkoncentratorer.

En annan fördel med att sakna luft kombinerat med låg gravitation är att lämna månens yta är mycket enklare än att lämna jordens. På jorden är massdrivare, en sorts hög hastighets katapult för rymdskepp i omloppsbana, fortfarande science fiction, men vi skulle sannolikt kunna bygga en på månen redan imorgon med rätt budget.

Kombinerat med den lokala materialrikedomen tyder detta på att det kan vara mer meningsfullt att bryta och tillverka majoriteten av materialet som behövs för rymdforskning på månen.

NASAs månplaner

NASAs plan för månen omfattas av Artemis-uppdragen, från Artemis I till Artemis IV, med byggandet av en permanent månbas samt en rymdstation i månens omloppsbana, Lunar Gateway.

Källa: NASA

Planen är en mission per år, med 4 astronauter varje gång, 2 i omloppsbana och 2 på själva månen.

Källa: The Planetary Society

Förseningar hopar sig

Ett återkommande problem med Artemis-programmet är förseningar i den planerade tidsplanen. År 2020 förväntades Artemis II och III redan för 2024.

Ett nyckelfråga är SLS (Space Launch System), en ny raket byggd av de stora försvars‑ och rymdföretagen Boeing, Aerojet Rocketdyne (del av L3Harris), Lockheed Martin (LMT ) och Northrop Grumman (NOC ). SLS:s totala utvecklingskostnader har sprängt till 100 miljarder dollar, eller 12 miljoner dollar per dag, och har upplevt flera misslyckanden under tester. Som en icke‑återanvändbar raket ökar den också budgeten för månuppdragen avsevärt.

Den lunara landaren, eller Human Landing System (HLS), blir också försenad, och bedömdes ha 70 % chans att vara klar 2028. Samtidigt ersätts Artemis rover‑teamet från Lockheed Martin av Leidos‑anställda.

Den närmaste tidsfristen för att människor ska återvända till månen är nu 2026, med lunara habitat (Foundation Habitat och Mobile Habitat) lanserade 2032.

Sammanlagt har de återkommande förseningarna och de enorma kostnadsöverskrifterna påverkat NASAs rykte och fått många rymdentusiaster att förtvivla över när Artemis faktiskt kommer att ske.

Rysslands och Kinas månplaner

År 2021 meddelade Kina en plan att gemensamt med Ryssland bygga en månbas, samt samarbeta med en rad andra länder främst i Asien och Afrika.

Källa: Wikipedia

Det följer den senaste stora framgången för Kinas rymdbyrås Chang’e 6‑sond, som förde med sig det första provet av månsten från månens baksida.

Chang’e-7‑uppdraget, planerat för 2026, kommer att kartlägga sydpolen, som har valts som plats för den framtida månbasen.

Chang’e-8 kommer att skjutas upp 2028 för att experimentera med att använda månresurser för tillverkning på plats.

Den offentliga planen är mycket mindre detaljerad än Artemis-programmet. Vi vet dock några saker:

• Den kommer att delas in i 3 faser och kräva 5 uppdrag med supertunga uppskjutningsbärare som fortfarande är under utveckling.
  • Den första fasen kommer att ägnas åt vetenskapliga mätningar och lokala resurser.
  • Den andra fasen kommer att bygga de grundläggande stödjande elementen och den första bemannade landningen på distans.
  • Den tredje fasen, troligen omkring 2045, kommer att bygga den faktiska basen redo att ta emot fler astronauter och skala upp anläggningen.
• Idén är att använda varje Chang’e‑uppdrag för att steg för steg utveckla de moduler av den nödvändiga tekniken, såsom landning på Sydpolen och utforskning av den, hur man använder lokala resurser osv.
• Det är tydligt att Kina räknar med framsteg i sin uppskjutningsteknik, inklusive återanvändbarhet, för att under tiden hjälpa till att bygga stationen.

Källa: Techeblog

Du kan också se de första renderingarna av den planerade månbasen i den här videon från den kinesiska statliga mediekanalen (på kinesiska):

https://www.vacfurnace.com/vacuum-heat-treatment-of-metal

Kärnenergi

Ett stort bidrag från Ryssland till programmet skulle vara dess expertis inom kärnenergi, särskilt miniatyrreaktorer. Det förväntas nå upp till 1 MW (1 000 kW).

Detta kan också göras i samarbete med Indien, en ny ambitiös lunär nation som har uppnått detta sedan sin robotuppdrag 2023 på månen med Chandrayaan-3, vilket gör den till den femte nationen att göra det.

Nätter på månen varar 14 dagar, vilket kan vara avgörande för någon storskalig ockupation som har svårt att förlita sig enbart på solenergi.

Det kan noteras att NASA också planerar att använda kärnenergi, men i mycket mindre skala, med Rolls Royces 50–100 kW mikrorektor.

Lunär ekonomisk zon

Kina har en mycket ambitiös plan för rymdforskning och månkolonisation, med ett perspektiv som är mycket kinesiskt och fokuserat på ekonomisk utveckling snarare än “vetenskapligt ren” rymdforskning.

Den föreslog särskilt att etablera en jord‑måne rymdekonomisk zon och har tagit fram en färdplan för den med ett årligt “totaloutputvärde på mer än 10 biljoner US‑dollar” omkring år 2050.

Lunär massdrivare

Om denna plan låter extremt långtgående är det för att den är det.

Den multi‑biljon‑dollar stora jord‑måne ekonomin som föreställs av kinesiska planerare och forskare skulle potentiellt inkludera helium‑3. Detta extremt sällsynta element kan göra kärnfusion lättare att uppnå (utan neutronutsläpp).

“Endast 20 ton helium‑3 skulle kunna täcka Kinas årliga elbehov. Medan jorden har bara omkring 0,5 ton helium‑3, uppskattas månens jord innehålla 1 miljon ton — tillräckligt för att förse världens energibehov i över tusen år.

Månens jord har tillräckligt med helium‑3 för att driva världen i över tusen år

Källa: SC