Modellerer og tester ut grunnforholdene på månen

0
12

Fra 1967 til 1972 gjennomførte den amerikanske romfartsorganisasjonen NASA en rekke romferder til månen. Nesten 400 kilo med jordprøver ble fraktet tilbake til jorda. NGI – Norges Geotekniske Institutt bruker nå CT-skanninger av 10.000 månepartikler fra Apollo-ekspedisjonene for å få mer kunnskap om månens overflate og hvordan grunnen vil oppføre seg når mennesker skal begynne å bygge på månen.

I løpet av få år planlegger nemlig NASA gjennom Artemis-programmet for første gang på 50 år å sende mennesker til månen for et lengre opphold. Denne gangen planlegges det at astronauter skal bo og leve på månen over tid. Men hvordan bygger man en beboelig base på månen? Hva tåler løsmaterialene på månen av for eksempel tyngde? Og med de forholdene som er på månen, hvordan oppfører de ulike materialene, som et sandkorn, seg? 

– Selenoteknikk, som er en parallell til geoteknikk her på jorden, er studiet av hvordan månejord, også kalt regolitt, oppfører seg. Hvilken styrke har materialene i grunnen? Hvordan er formen på et sandkorn? Å forstå den grunnleggende oppførselen til materialene er avgjørende for at vi skal kunne danne oss et realistisk og korrekt bilde om grunnforholdene på månen. Ved NGI bygger vi nå en oppdatert kunnskapsbase om de grunnleggende elementene i regolitt, sier Dylan Mikesell, senior geofysiker og ansvarlig for en studie som delvis er finansiert av Norsk Romsenter.

Det oppdaterte kunnskapsgrunnlaget som NGI nå utvikler om grunnforholdene på månen og materialegenskaper vil være viktig i forberedelsene av framtidige romferder og for aktører som skal bygge eller levere for eksempel utstyr – som for eksempel en robot.

Månestøv og ekstremtemperaturer

Da Neil Armstrong 21. juli 1969 tok menneskehetens første skritt på månen, visste han fint lite om hva som møtte han og de andre på romfergen Apollo 11. Da han steg ut av romskipet, fant han et landskap som er dekket av støv – regolitt. Dette månestøvet, som er en blanding av større partikler og fragmenter, kan være opptil ti meter tykt. På månen er det ingen atmosfære, og derfor svært svak tyngdekraft sammenlignet med på jorda. Det som finnes av vann, er i form av is som er frosset fast mellom partiklene i grunnen.

Uten vind og vann i bevegelser er det ingen ting som sliper materialene, slik som på jorda. På månen kan derfor et sandkorn stikke opp av bakken og være sylskarpt. Legg så til at temperaturforskjellene på månen er ekstreme og kan variere fra mer enn minus 130 grader til over 120 varmegrader. Her kan strålingen være over 200 høyere enn på jordoverflaten og små og større partikler i atmosfæren regner ned over landskapet fordi månen ikke har et beskyttende magnetfelt, slik jorda har.

En annen illustrerende forskjell mellom forholdene på månen og på jorda er hvordan den statiske elektrisiteten på månen bidrar til å holde to sandkorn sammen. Her på jorda er det vann som har den dominerende rollen med å binde sammen partikler. Denne forskjellen påvirker styrken i en klump med månejord.

Etterligner forholdene på månen

– Vi kan jo ikke reise til månen for å jobbe som månegeoteknikere. Ved NGI har vi imidlertid avanserte testemetoder for grunnforholdene på jorda. Disse bruker vi som utgangspunkt når vi analyserer grunnforholdene på månen, sier Luke Griffiths, seniorforsker ved NGI.

10.000 partikler fra Apollo-ekspedisjonene er blitt CT-scannet og dataene er blitt sendt til NGI. Her trekkes månepartiklene ut fra CT-skanningene og brukes til å bygge en katalog i 3D-format over løsmassefraksjoner på månen. Datasimuleringsmodeller kan deretter bli sammenlignet og målt opp mot – kalibrert – NGIs laboratorietester av grunnforholdene på jorda. Men hvordan gjenskape de spesielle forholdene som er på månen – som for eksempel manglende gravitasjon – slik at man får bestemt og testet materialegenskapene?

– Ved at vi presser instrumentene så lavt som mulig i laboratoriet vårt, klarer vi å etterligne de forholdene som er på månen fem under bakken. Vi klarer imidlertid ikke å presse instrumentene så lavt at vi kan måle tyngdekraften på månens overflate. Da stanser instrumentene opp. Dette kunnskapsgapet må vi derfor modellere ved hjelp av datasimulering. Til vi kan begynne å utføre eksperimenter på månen, er dette den eneste måten å gjøre det på, sier Alex X. Jerves, postdoc stipendiat ved NGI.

Hvordan utnytte ressursene på månen?

Avstanden fra jordkloden til månen er 384 400 kilometer. Hvis mennesket skal leve på månen over tid, vil det ikke være mulig å frakte alle livsnødvendige ressurser, som vann og energi, fra jorda til månen. Kunnskap om de ressursene som finnes på månen, og hvordan disse best kan utnyttes, vil derfor være viktig – såkalt In Situ Resource Utilization, ISRU. Hva har vi for eksempel av kunnskap om hva landskapet på månen, som regolitt, fjell og stein, inneholder av metaller og mineraler? Hvordan kan vi utnytte sola som energikilde på månen? Hvor trenger man mer kunnskap for å utnytte månens ressurser? Og i hvilken grad kan norske kompetansemiljøer bidra?

Det europeiske romfartsbyrået, ESA, har i sin strategi fram mot 2030 at europeiske kunnskapsmiljøer og industri skal ta en ledende rolle i å utvikle viktig ISRU-teknologi. På oppdrag fra Norsk Romsenter har NGI kartlagt hvilken kompetanse innen ISRU som norske aktører kan bidra med og videreutvikle – både innen forskning og utvikling og kommersielt, sier Sean Salazar, seniorforsker ved NGI som har vært med å lede studien fra 2021 om ISRU finansiert av Norsk Romsenter.

Studien konkluderer med at man i Norge har lang erfaring med å samle, prosessere, lagre og bruke naturressurser i grunnen fra både gruvedrift og olje- og gass. I tillegg har norske kompetansemiljøer teknologisk kompetanse fra eksempelvis letesensorer og å utvikle energireaktorer til satelittoppskytinger.

– Norge er i en utmerket posisjon til å bidra i den fremtidige utviklingen av hvordan vi best kan utnytte ressursene på månen, sier Salazar.

Ingen artikler å vise