Rozmowa z MARCINEM KACZMARZYKIEM, asystentem badawczo-dydaktycznym w Katedrze Budownictwa Ogólnego na Politechnice Rzeszowskiej. Jego badania dotyczące możliwości zamieszkania na księżycu, mogą wpłynąć na losy ludzkości.
– Dlaczego księżyc?
– Moją pasją jest astronautyka. Sięga ona początków podstawówki, kiedy z dinozaurów przeszedłem na Kosmos (śmiech).
– Czyli temat Pana obronionej pracy doktorskiej „Modelowanie energetyczne mieszkalnych obiektów budowlanych lokalizowanych na powierzchni Księżyca”, który wyróżniono, nie był przypadkowy
– Technologia umożliwia nam to, co kilkanaście lat temu było zupełnie niemożliwe. Wybrałem więc temat zapotrzebowania energetycznego budynków, ale nie na Ziemi tylko na Księżycu. Stworzyłem model 3D takiej bazy, części otaczającego ją gruntu. Na to wszystko “świeciło” Słońce. Budynek rzucał cień na grunt, a w środku była utrzymywana stała temperatura 25 st. C. Dzięki tej symulacji można było określić, ile ten budynek zużywa ciepła, jeśli chodzi o jego wymianę z otoczeniem. Do tego dołożyłem pracę urządzeń.
– Badania musiały być wymagające…
– Doktorat wymaga poświęcenia czasu, pracy i wyrzeczeń. Zwłaszcza jak się ma rodzinę. Zdawałem sobie też sprawę, że będzie to ode mnie jeszcze więcej wymagać z racji na moją niepełnosprawność (pan Marcin jest niewidomy – przyp. red.). Wiele rzeczy robi się trudniej, jak się czegoś nie widzi. Dane z arkusza kalkulacyjnego muszę sobie wyobrażać w głowie.
– Nie wyobrażam sobie, jak miałabym to zrobić.
– Da się. Wiele rzeczy jest takich, które ludziom pełnosprawnym wydają się niemożliwe. A większość jest możliwa, tylko trzeba zastosować alternatywne podejście, dodatkową pracę i czas.
– Pana badania mają pomóc przeżyć astronautom podczas misji.
– Budynki na naszym naturalnym satelicie mają zapewnić odpowiednie warunki do życia i pracy pierwszym eksploratorom i badaczom. Ze względu na inne warunki środowiska księżycowego, inne są wymagania dotyczące tego, co mają spełniać budynki. Przede wszystkim ma zapewnić utrzymanie odpowiedniej temperatury w środku.
– Jak zimno jest na Księżycu?
– Temperatura to jedno, a możliwość wymiany ciepła to drugie. Na Ziemi mamy to trochę wymieszane, bo u nas ciepło dość dobrze się wymienia. Na Księżycu na równiku powierzchnia w ciągu dnia nagrzewa się do 120 st. C, w nocy spada do – 180 st. C. przed wschodem słońca.
Im dalej od równika, tym średnia temperatura bardziej spada. W okolicach biegunów księżycowych, w wiecznie zacienionych kraterach, są tzw. pułapki zimna. Tam nigdy nie dociera słońce i temperatura nigdy nie przekracza -160 st. C. Zanotowano tam też najniższą temperaturę w Układzie Słonecznym, wynoszącą ok. 20 Kelwinów, czyli -250 st. C.
Tylko to dotyczy samej powierzchni. Księżycowy grunt, zwany regolitem, bardzo słabo przewodzi ciepło. Już na głębokości 50 centymetrów pod powierzchnią w okolicach równika mamy praktycznie stałą temperaturę, która wynosi ok. – 20 st. C.
– Oprócz temperatury w budynkach trzeba też zadbać o sprzęt badawczy.
– Przede wszystkim będą systemy podtrzymywania życia, pozwalające na odzyskiwanie wody I tlenu, poza tym, system wentylacyjny, komunikacyjny i urządzenia laboratoryjne. A one wszystkie jak pracują, to emitują ciepło, które będzie podgrzewać wnętrze budynku. Dodatkowo emitują je też ludzie. My się tymi zagadnieniami na Ziemi zazwyczaj nie przejmujemy, bo usuwane jest ono przez system wentylacyjny. W budynkach pasywnych i zero energetycznych, to ciepło stanowi ważny składnik bilansu cieplnego. Na Księżycu trudno je odprowadzać. Bardzo trudno ono przepływa przez regolit. Nie ma też powietrza. Pozostaje wypromieniowanie ciepła w przestrzeń kosmiczną i w powierzchnię terenu. Oprócz tego grozi więc ryzyko przegrzewania. Dlatego system kontroli temperatury musi być bardzo wydajny.
– Dlaczego księżycowy budynek musi mieć grube ściany?
– Księżyc nie ma atmosfery ani magnetosfery. One chronią nas przed promieniowaniem kosmicznym. To cząstki naładowane elektrycznie, które poruszają się z prędkością bliską prędkości światła. Mają dużą energię i stanowią promieniowanie jonizujące, które może zagrażać życiu i uszkodzić sprzęt.
– Jaką szkodę może ono wyrządzić ludziom?
– Długotrwałe wystawienie się na to promieniowanie może zwiększyć zachorowalność na raka w perspektywie kilku lat. Jeśli astronauta tylko w skafandrze przebywałby na powierzchni Księżyca podczas rozbłysku słonecznego, to w ciągu paru godzin, mógłby otrzymać śmiertelną dawkę promieniowania. Na razie jedyną praktyczną metodą, jaką znamy, aby się przed tym uchronić jest osłonięcie się odpowiednio masywną przegrodą.
– Bardzo grube muszą być te ściany?
– Na to jeszcze nie ma dokładnej odpowiedzi. Symulowanie w warunkach ziemskich promieniowania kosmicznego, nie jest w pełni możliwe. Niektóre cząstki mają tak dużą energię, że to jest kilka rzędów wielkości więcej, niż my potrafimy wytworzyć. To są gigantyczne energie. Wydaje się dzisiaj, że osłona grubości jednego metra jest w stanie zapewnić nam taki poziom ochrony radiologicznej, jaki jest wymagany w ośrodkach jądrowych na terenie Stanów Zjednoczonych.
– Czego jeszcze potrzebuje taki budynek?
– Celem mojej pracy było wyznaczenie wpływu różnych czynników na całkowite zapotrzebowanie budynku na energię elektryczną. Były to m.in. : lokalizacja budynku, gdzie rozważałem różne szerokości serenograficzne, które są odpowiednikami szer. geograficznych oraz usłonecznienie. Co ciekawe, na księżycu występują rejony o ekstremalnym usłonecznieniu. Jeśli jesteśmy na biegunie Księżyca, to bardzo łatwo się przed tym słońcem schować. Jeśli wykopiemy sobie niezbyt głęboki dołek i się do niego schowamy, to na dno tego dołka nigdy nie zaświeci Słońce.
I takie sytuacje występują w okołobiegunowych kraterach księżycowych. Wiemy, że w takich miejscach mamy zasoby lodu. A ten może służyć jako woda do picia i do produkcji paliwa rakietowego. Jeśli jednak wyjdziemy odpowiednio wysoko ponad powierzchnię w okolicach okołobiegunowych, to Słońce widziane z tej perspektywy, nigdy się nie schowa poniżej widnokręgu. Są tam miejsca oświetlone przez ponad 80 proc. roku. Ziemia posiada zbyt dużą inklinację osi obrotu, abyśmy mogli doświadczyć tego efektu.
– Kiedy wybudowanie budynku na Księżycu będzie możliwe?
– Wszystko zależy od klimatu ekonomiczno-politycznego. Wydaję mi się, że pierwsze takie budynki o konstrukcji opisanej przeze mnie, czyli o ścianach usypanych z księżycowego regolitu, mogą pojawić się w latach 30-tych XXI w.
– To niedługo.
– Na 2025 r. jest zapowiadane pierwsze załogowe lądowanie. Jeśli firma SpaceX Elona Maska, uwinie się z budową Starshipa, to będzie on miał bezprecedensowe możliwości dostawy na Księżyc. Bo do budowy potrzebny jest konkretny sprzęt, tych ścian nie usypiemy łopatami. Oczywiście możemy postawić obiekt z prefabrykatów, ale to będzie odpowiednik puszki aluminiowej z izolacją termiczną. Takie budynki również będą mogły zapewnić ochronę cieplną, ale nie zapewnią nam ochrony radiologicznej. W takich budynkach będziemy mogli przebywać przez bardzo ograniczony czas.
– To wszystko planuje NASA?
– To bardzo duże przedsięwzięcie, a celem programu Artemis prowadzonego przez NASA, jest to, aby wrócić na Księżyc. Tylko inaczej niż w ubiegłym wieku. Program Apollo można porównać do szybkiego, kowbojskiego wypadu: wbicie flagi i powrót.
Teraz misja ma być bardziej wyważona i ukierunkowana na ustanowienie w długiej perspektywie stałego pobytu człowieka na Księżycu z naciskiem na wykorzystywanie jego zasobów. Na początku to będą ogromne koszty. Niestety, w Europejskiej Agencji Kosmicznej, Polska w ogóle nie ma swojego dodatkowego wkładu w program załogowych lotów kosmicznych. Wielkim sukcesem jest to, że mamy jednego astronautę rezerwowego w sytuacji, kiedy nie płacimy żadnych dodatkowych składek. Po to USA zwraca się do swoich partnerów, żeby samemu tego nie finansować.
– A po co nam ta baza na Księżycu?
– Ludzkość ma w sobie chęć eksploracji. Wszystkie kontynenty Ziemi i orbita okołoziemska są zaludnione pomimo tego, że człowiek powstał w Afryce. Jest w nim tęsknota za tym, co nieznane, chęć pokonywania ograniczeń. Chcemy sięgać coraz dalej. Nie ukrywajmy, że jest to też cel polityczny. Chińczycy coraz śmielej poczynają sobie w Kosmosie, więc Amerykanie, chcąc zachować status światowego supermocarstwa, nie mogą sobie pozwolić na to, żeby pozostawać z tyłu. Jeśli Amerykanie by się nie ruszyli, to za kilka dekad mogłoby się okazać, że Księżyc jest chiński.
Pamiętajmy, że ludzkość zlokalizowana na jednej planecie to ryzyko. Dla samego zapewnienia bytu ludzkości niezbędne jest rozprzestrzenić się i zapewnić sobie możliwość stworzenia niezależnych koloni na innych księżycach czy obiektach planetarnych w Układzie Słonecznym. W kwietniu startuje misja badająca lodowe księżyce Jowisza, bo jest duże prawdopodobieństwo, że pod lodowymi skorupami mamy oceany płynnej wody. W dłuższej perspektywie czasu, jeśli ludzkość chce przetrwać, musi działać. Za parę miliardów lat życie na Ziemi nie będzie możliwe, bo ewolucja Słońca spowoduje zagładę wszelkiego życia.
