Pour l’exploration spatiale humaine, l’établissement d’une colonie lunaire est un objectif ambitieux, et les systèmes de survie sont sans aucun doute la pierre angulaire absolue de la réussite de cet objectif. Cela implique non seulement de fournir de l’air pour que les gens puissent respirer et de l’eau pour boire, mais, plus important encore, de créer un écosystème fermé et autosuffisant, capable de fonctionner de manière stable pendant longtemps dans l’environnement hostile de la Lune. S’il y a une idée de sous-estimer sa complexité ou de surestimer la maturité de la technologie existante, alors il est très probable que l’ensemble du plan de colonisation conduira à un résultat catastrophique.
Pourquoi les bases lunaires ont besoin de systèmes de survie
La Lune n’a pas d’atmosphère, sa surface est presque sous vide, la différence de température entre le jour et la nuit dépasse 300 degrés Celsius et elle est continuellement bombardée par le rayonnement cosmique et les micrométéorites. Dans cet environnement, les humains ne peuvent pas survivre directement. La fonction principale du système de survie est de créer un micro-environnement habitable similaire à celui de la Terre, fournissant une pression atmosphérique stable, une température et une humidité appropriées, qui sont les conditions préalables à toutes les activités lunaires.
Le système de survie n’est pas un module isolé. C'est le centre central de toutes les fonctions de la base lunaire. Il doit être étroitement lié au système énergétique, à la structure du module d'habitation, au traitement des déchets et aux activités quotidiennes des astronautes. En cas de défaillance mineure du système, telle qu'une fuite de gaz ou une interruption de la circulation de l'eau, un sauvetage rapide depuis la Terre ne sera pas possible sur la lune lointaine et les conséquences seront fatales. La conception redondante et la fiabilité extrêmement élevée du système sont donc des priorités qui priment sur les performances.
Comment fournir de l'oxygène et de l'eau à une colonie lunaire
Il existe deux manières principales d’obtenir de l’oxygène : l’une est le transport depuis la terre et l’autre est l’utilisation des ressources locales. Dans les premiers stades, il peut s’agir d’oxygène comprimé stocké ou d’eau pré-expédiée par électrolyse. Cependant, dans une perspective à long terme, les solutions durables doivent reposer sur l’utilisation des ressources in situ, comme la décomposition des minéraux oxydés dans le sol lunaire par des méthodes à haute température ou chimiques pour libérer de l’oxygène. Un tel processus est appelé « extraction de l’oxygène lunaire ».
Ce qui est plus critique, c'est l'approvisionnement en eau. Une source consiste à transporter de l’eau ou à utiliser la réaction hydrogène-oxygène pour générer de l’eau. Une idée plus révolutionnaire consiste à exploiter la glace qui peut exister dans les fosses d’ombre permanentes aux pôles de la lune. S’il est confirmé qu’il existe suffisamment de glace d’eau, elle deviendra une source d’eau extrêmement précieuse pour la colonie et pourra obtenir de l’hydrogène et de l’oxygène par électrolyse. La circulation de l’eau en boucle fermée est également indispensable. La sueur, l’urine et même la vapeur d’eau présentes dans l’haleine des astronautes doivent être recyclées et traitées efficacement pour parvenir à la réutilisation de l’eau.
À quels défis techniques le système de survie lunaire est-il confronté ?
Tout d’abord, les défis techniques se reflètent dans le degré de fermeture de la boucle. Par rapport à la Station spatiale internationale, le taux de fermeture du cycle matériel requis par la colonie lunaire est plus élevé, afin de réduire la dépendance à l'égard des approvisionnements terrestres. Cela montre qu'il existe des exigences extrêmement élevées en matière d'efficacité du recyclage de l'air, de l'eau et des aliments. Par exemple, la technologie actuelle d'élimination et de réduction du dioxyde de carbone et la technologie de purification des eaux usées, leur stabilité de fonctionnement à long terme et leur consommation d'énergie doivent encore être vérifiées dans l'environnement lunaire.
Un autre défi majeur est la fiabilité et la maintenabilité à long terme du système. La poussière lunaire est extrêmement abrasive et adsorbante, ce qui peut entraîner l'usure des joints, obstruer les filtres et interférer avec les instruments. Dans l’environnement de faible gravité de la Lune, le comportement des fluides est différent de celui de la Terre, ce qui aura un impact sur la conception des systèmes de circulation de l’eau, de refroidissement et autres. De plus, les composants doivent être conçus pour faciliter le remplacement ou la réparation par les astronautes portant des combinaisons extravéhiculaires, ce qui augmente la complexité technique.
Comment atteindre l'autosuffisance énergétique pour le maintien de la vie sur la base lunaire
Le principal consommateur d’énergie de la base lunaire est le système de survie. Le processus de production d'oxygène nécessite des quantités continues et importantes d'électricité, le processus de circulation de l'eau nécessite des quantités continues et importantes d'électricité, le processus de contrôle de la température nécessite des quantités continues et importantes d'électricité, et des processus tels que l'éclairage des installations nécessitent des quantités continues et importantes d'électricité. Le principe du fonctionnement indépendant du système est l'autosuffisance énergétique, qui repose principalement sur des réseaux de cellules solaires à grande échelle et doit être combinée avec des systèmes de stockage d'énergie efficaces pour survivre à la nuit lunaire qui dure jusqu'à 14 jours terrestres.
S’appuyer uniquement sur l’énergie solaire ne sera peut-être pas en mesure de soutenir pleinement une colonie en expansion continue. Par conséquent, le développement de l’énergie nucléaire (comme les petits réacteurs à fission) est considéré comme une option clé pour fournir une puissance de base stable. Le système énergétique et le système de survie doivent être intégrés dans la conception. Par exemple, le processus d'électrolyse de l'eau pour produire de l'oxygène peut devenir une méthode de régulation de la charge du réseau électrique, créant une grande quantité de réserves d'oxygène en cas de surplus d'énergie et réduisant le fonctionnement en cas de pénurie d'électricité.
Un système de survie écologique fermé est-il réalisable ?
Le système écologique fermé de support de la vie est destiné à imiter la biosphère terrestre, en utilisant des plantes et des micro-organismes supérieurs pour obtenir une régénération complète de l'oxygène, de l'eau et de la nourriture. D’un point de vue théorique, c’est la solution ultime et durable pour les colonies lunaires. Cependant, la complexité et la fragilité du CELSS constituent ses obstacles les plus importants. La lumière, la température, les nutriments, les ravageurs et les maladies doivent être contrôlés avec précision, et l'équilibre dynamique entre les plantes, les micro-organismes et les humains doit être maintenu.
Dans des expériences de simulation réalisées sur le terrain, comme par exemple « Biosphère 2 » aux États-Unis, des situations telles qu'une concentration réduite en oxygène et l'extinction d'espèces ont été observées. Sur la Lune, la difficulté technique de construire un tel micro-écosystème augmente de façon exponentielle. Il peut être utilisé dans un premier temps en complément des systèmes traditionnels de régénération physique et chimique, par exemple pour fournir quelques légumes frais. Cependant, il ne peut pas supporter toutes les tâches de survie à court terme et son fonctionnement stable nécessite des recherches et des vérifications à long terme.
Quelles leçons l’expérience de la Station spatiale internationale peut-elle nous enseigner sur les bases lunaires ?
La Station spatiale internationale fonctionne depuis plus de 20 ans et ses systèmes de contrôle environnemental et de survie ont accumulé des données et une expérience extrêmement précieuses. Le système de récupération d'eau de l'ECLSS, le dispositif d'élimination du dioxyde de carbone, la surveillance de la composition atmosphérique et d'autres technologies peuvent directement servir de référence pour la conception initiale de la base lunaire. Le processus de dépannage et le système de maintenance préventive mis en place pendant l'exploitation sont cruciaux pour la gestion quotidienne de la base lunaire.
Il existe cependant des différences fondamentales entre les bases lunaires et les stations spatiales en orbite terrestre basse. Bien que la gravité de la Lune soit relativement faible, elle existe après tout. Son environnement de rayonnement et de poussière est plus sévère, les délais de communication prennent plus de temps et il n'y a presque aucune possibilité de retour d'urgence sur terre. Cela montre que le système de survie lunaire doit disposer de capacités de fonctionnement autonomes plus fortes, d'une sauvegarde de redondance plus solide et d'interfaces d'utilisation des ressources in situ plus complètes. Le système de la station spatiale ne peut pas être simplement copié et doit être repensé et amélioré en profondeur pour s'adapter à l'environnement lunaire.
Maintenir une forme de vie fragile en forme de bulle sur le corps céleste de la Lune est le test ultime de la technologie humaine, du courage et de la sagesse. Lorsque nous regardons le corps céleste de la Lune et rêvons d’y construire une maison, quelle technologie clé devrions-nous, selon vous, privilégier pour réaliser une percée ? S’agit-il d’un cycle de l’eau plus efficace et efficient, d’une production d’oxygène in situ plus fiable ou d’une agriculture écologique fermée plus stable ? Vous êtes invités à partager vos opinions personnelles dans la zone de commentaires. Si vous pensez que cet article est utile, aimez-le et partagez-le avec d'autres amis intéressés par l'exploration spatiale.
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