Research and System Requirements for a Lunar Scientific Laboratory

Abstract

Research and System Requirements for a Lunar Scientific Laboratory. In order to realistically determine the desirability of a Lunar International Laboratory and to establish the time frame of its implementation three basic criteria must be established: the types of research to be conducted from a LIL, the personnel and equipment support required of and for a LIL, and the most promising concept of hardware for the laboratory.

Though many scientific disciplines could utilize a lunar station for basic and applied research, the following list represents the most attractive options:

Geosciences: Geology; Geophysics; Geochemistry.

Astronomy: Optical; Radio; Astrophysics.

Biosciences: Exobiology — search and analysis; Biological effects of lunar environment on earth specimens; Biomedicine (applied research); Ecological Systems (applied research).

Physics: Lunar atmosphere and radiation; Geomagnetic field; Lunar materials properties; Effects of lunar environment on earth materials; Beam investigations.

Earth Oriented: Synoptic meteorology; Synoptic oceanography.

Basic shelter, life support and power are, of course, prime requisites for any lunar station. In addition, a laboratory should provide equipment and space for working. It should be emphasized, however, that because of the extreme weight limitations, space and equipment will be minimal, necessitating unique and perhaps yet unknown research techniques especially adapted to a lunar station.

We must also assume that long stay time capacity should be an inherent quality of a LIL. In addition there must be a reasonable degree of comfort and recreation for the crew. It might be pointed out that general housekeeping will occupy from 30 to 40% of the working day, thereby limiting the available time for research. As an adjunct to base operations as well as research, some degree of lunar surface mobility will be required in addition to any vehicles required for geological traverses.

Support required for the station would necessitate sufficient and reasonably scheduled transportation systems to and from earth. Perhaps the most important of all support will be adequate earth based data analysis personnel and facilities (special centers and universities) to handle the flood of information from the moon. Unless this capability exists to process the lunar data, an extensive scientific operation on the moon could not be justified.

How a lunar laboratory will be constructed must be determined in the light of operational problems on the moon. Extensive physical labor for construction in the lunar environment will be precluded by difficult motions in a space suit, the unreliability of workmanship and the extreme cost of a lunar man hour. This would imply that construction, or even assembly is not desirable. Therefore, the LIL should be modular, composed of different elements assembled and completely equipped on earth. In this concept only minimal labor would be required to connect the elements together, and the system would have great flexibility for future additions or modifications.

By the mid 1970’s, man could be technically capable of landing payloads of 25,000 pounds or more with a single launch vehicle. This size module is quite adequate to provide any reasonable element of a LIL, such as large shelters, roving vehicles, 200 kw nuclear power plants, telescopes and vast amounts of supplies.

Résumé

Matériel nécessaire au fonctionnement et aux travaux de recherche d’un Laboratoire Scientifique Lunaire. Pour pouvoir déterminer avec réalisme l’opportunité d’un Laboratoire Lunaire International et établir le calendrier de son installation, il importe de préciser: le type de recherches effectuées à partir du LIL (Lunar International Laboratory); le personnel et l’infrastructure nécessaires dans le laboratoire et sur la terre; la conception la plus favorable pour la construction du laboratoire.

Quoique de nombreuses disciplines scientifiques puissent utiliser une station lunaire pour la recherche fondamentale ou appliquée, la liste suivante représente le choix le plus séduisant:

Sciences du globe lunaire: géologie lunaire; sélénophysique; sélénochimie.

Astronomie: astronomie optique; radio-astronomie; astrophysique.

Sciences de la vie: exobiologie (la vie hors de la terre) recherche et analyse; effets biologiques de l’environnement lunaire sur les espèces terrestres; biomédecine (recherche appliquée); systèmes écologiques (recherche appliquée).

Physique: atmosphère et rayonnement lunaires; champ magnétique naturel; propriétés des matériaux lunaires; effets de l’environnement lunaire sur les matériaux terrestres; recherches à l’aide de faisceaux.

Observation de la terre: météorologie synoptique; océanographie synoptique.

L’abri servant de base, les moyens de vie et les sources d’énergie sont évidemment les exigences fondamentales de toute station lunaire. Un laboratoire doit, de plus, fournir l’équipement et l’espace nécessaires pour travailler. Il faut cependant insister sur le fait que, par suite de l’extrême limitation de poids, l’espace et l’équipment seront réduits au minimum, nécessitant des techniques de recherches particulières et peut-être encore inconnues, spécialement adaptées à une station lunaire.

Nous devons aussi admettre qu’une des qualités inhérentes au LIL doit être la capacité de durer longtemps. On doit y trouver, de plus, confort et distraction pour l’équipage à un degré raisonnable. Il faut signaler que les besognes d’entretien et d’intendance occuperont de 30 à 40% de la journée de travail, limitant ainsi le temps disponible pour la recherche. Pour les opérations de la base aussi bien que pour la recherche, une certaine mobilité est nécessaire sur la surface de la lune en plus des véhicules destinés aux expéditions géologiques.

La station nécessitera pour fonctionnement un système de transport venant de la terre et y retournant, suffisant et raisonnablement ordonné dans le temps. La partie la plus importante de toute l’infrastructure sera peut-être, un personnel et des moyens d’analyse de données, situés sur terre, et adéquats (centres spéciaux, universités) pour traiter le flot d’informations venant de la lune. Si cette possibilité de traiter les donnés lunaires n’existe pas, une opération scientifique d’envergure sur la lune ne se justifie pas.

La façon dont un laboratoire lunaire sera construit doit être déterminée en fonction des problèmes opérationnels sur la lune. Un travail physique de construction considérable dans l’environnement lunaire est exclu par la difficulté de mouvement dans le costume spatial, la qualité incertaine du travail exécuté dans ces conditions et le coût extrêmement élevé d’une heure de travail sur la lune. C’est pourquoi le LIL doit être fait éléments, les divers éléments étant assemblés et complètement équipés sur terre. Suivant cette conception, le travail nécessaire pour réunir les éléments entre eux sera minime et le système présentera une grande souplesse permettant des additions et des modifications ultérieures.

Vers 1975 on serait techniquement capable d’envoyer des charge utiles de 12 tonnes et plus à l’aide d’un simple véhicule de lancement. Cette dimension de charge set tout à fait suffisante pour fournir au LIL tout élément utile tel que: grands abris, véhicules autonomes, sources d’énergie nucléaire de 200 kW et des fournitures en grande quantité.

Резюме

Научно-исследовательская работа и требования, предъявляемые к научной лаборатории на Луне. Для определения с реальных позиций желательности создания Международной Лунной Лаборатории (МЛЛ) и выработки графика осуществления этого мероприятия следует исходить из трех основных критериев: виды исследований, которые будут проводиться МЛЛ, персонал и оборудование как для самой лаборатории, так и для обеспечения ее функционирования, наиболее многообещающие конструкции тяжелого оборудования и помещений для лаборатории.

Хотя лунная станция будет использоваться для исследований теоретического и прикладного характера самыми различными научными дисциплинами, наибольший интерес она, вероятно, будет представлять для исследований в следующих областях:

Науки о Земле: геология; геофизика; геохимия.

Астрономия: оптическая; радиоастрономия; астрофизика.

Биологические науки: экзобиология — поиски и анализ; биологический эффект лунной среды на земные виды; биомедицина (прикладные исследования); экологические системы (прикладные исследования).

Физика: лунная атмосфера и радиация; геомагнитное поле; свойства лунных материалов; эффект лунной среды на земные материалы; исследования излучений.

Исследования, касающиеся условий на Земле: синоптическая метеорология; синоптическая океанография.

Первоочередными потребностями лунной станции являются потребность в помещении для жилья, средствах жизнеобеспечения и энергии. Кроме того, лаборатория должна располагать оборудованием и местом для работы. Однако, следует подчеркнуть, что из-за строгих весовых ограничений, размеры помещения и количество оборудования будут минимальными, потребуются уникальные, возможно еще неизвестные, методы исследований, специально приспособленные для условий лунной станции.

Следует также предположить, что одним из важнейших свойств МЛЛ должна быть способность работать в течение длительного времени. Кроме того, она должна обеспечивать достаточную степень комфорта и возможностей для отдыха экипажу. Можно указать, что обычная домашняя хозяйственная работа будет занимать примерно 30–40 проц. рабочего времени, что будет ограничивать время для исследовательской работы. В дополнение к работам общего характера и исследованиям потребуются средства для перемещения в каких-то пределах по поверхности Луны, сверх любых средств транспорта, необходимых для выполнения геологических разрезов.

Для обеспечения работы станции потребуется организовать достаточно эффективные и работающие по разумному графику системы транспорта между Землей и Луной. Вероятно, одним из важнейших средств обеспечения работы станции должны быть люди и средства, осуществляющие обработку данных на Земле (специальные центры и университеты), которые могли бы обеспечить обработку потока данных, поступающих с Луны. При отсутствии таких возможностей для обработки данных, поступающих с Луны вряд ли будет оправдана крупная научная экспедиция на Луну.

Вопрос о конструкции лунной лаборатории должен решаться с учетом проблем выполнения работы на Луне. Следует исключить конструкции, требующие больших затрат физического труда при монтаже, из-за трудности передвижения в скафандре, отсутствия необходимой рабочей силы и чрезвычайно высокой стоимости каждого часа работы экипажа на Луне. Из этого следует, что строительство, или даже монтаж конструкций, нежелательны. Поэтому МЛЛ должна быть модульной конструкцией, состоящей из отдельных элементов, смонтированных и оборудованных на Земле. При такой конструкции потребуется лишь минимум труда для соединения вместе отдельных элементов, кроме того, конструкция обеспечит необходимую гибкость на случай дальнейшего расширения или модификации станции.

К середине семидесятых годов будет технически возможно доставлять на Луну с помощью одного космического корабля полезный груз порядка 25.000 фунтов и более. Модуль такого размера достаточен в качестве элемента МЛЛ, такого, как жилое помещение, вездеход, атомная электростанция мощностью в 200 кв, телескоп или большое количество различных припасов.