Kuuasema on väikkynyt mielissä pitkään. Nyt kuvitelmaa edistetään 
toden teolla. Nasan luotain tutkii sopivia tontinpaikkoja, ja Esalla on asemalle mallikin. Sen suunnitteli innovatiivinen arkkitehtitoimisto 
Foster + Partners. Kuva Esa, Nasa
Kuuasema on väikkynyt mielissä pitkään. Nyt kuvitelmaa edistetään toden teolla. Nasan luotain tutkii sopivia tontinpaikkoja, ja Esalla on asemalle mallikin. Sen suunnitteli innovatiivinen arkkitehtitoimisto Foster + Partners. Kuva Esa, Nasa
Kun aseman teko käynnistyy, ihmisiä ei 
välttämättä näy mailla 
halmeilla. Monet yritykset kehittävät rakennustöihin robottikoneita, joita voi ohjata Maasta. Asukkaat saapuvat, kun asema on teknistä 
viimeistelyä vaille 
valmis. Kuva Nasa
Kun aseman teko käynnistyy, ihmisiä ei välttämättä näy mailla halmeilla. Monet yritykset kehittävät rakennustöihin robottikoneita, joita voi ohjata Maasta. Asukkaat saapuvat, kun asema on teknistä viimeistelyä vaille valmis. Kuva Nasa
Kuuhun ei voi rakentaa mitä tahansa taloa. 
Rakennuksen pitää kestää ankaraa säteilyä, meteorien pommitusta ja suurta 
lämpötilan vaihtelua. Foster + Partnersin suunnitelmasta muokattuun Tiede-lehden mallikotiin sopisi kymmen­kunta asukasta. Kuvitus Jukka Fordell
Kuuhun ei voi rakentaa mitä tahansa taloa. Rakennuksen pitää kestää ankaraa säteilyä, meteorien pommitusta ja suurta lämpötilan vaihtelua. Foster + Partnersin suunnitelmasta muokattuun Tiede-lehden mallikotiin sopisi kymmen­kunta asukasta. Kuvitus Jukka Fordell
Kuualus voi näyttää tältä. Nasa ja Esa 
ovat päättäneet yhdistää osaamisensa ja rakentaa Kuun ja muun lähiavaruuden tutkintaan sopivan Orionin. Tällä tietoa se kiertäisi Kuun itsekseen vuonna 2017. Astronautit pääsisivät kyytiin 2021. Kuva Esa
Kuualus voi näyttää tältä. Nasa ja Esa ovat päättäneet yhdistää osaamisensa ja rakentaa Kuun ja muun lähiavaruuden tutkintaan sopivan Orionin. Tällä tietoa se kiertäisi Kuun itsekseen vuonna 2017. Astronautit pääsisivät kyytiin 2021. Kuva Esa

Maapallon raaka-ainevarat hupenevat, ja ilmaston lämpeneminen uhkaa pilata elinolot. Paluu Kuuhun alkaa näyttää todennäköiseltä.

Miltä mahtoi aikoinaan tuntua Amerikan uudisraivaajista? Saapua pitkän merimatkan jälkeen Uudelle mantereelle ja aloittaa kokonaan uusi elämä? Nykyään vastaavaa on vaikea kokea, koska oikeastaan kaikkialla maapallolla on elämää ja enemmän tai vähemmän järjestyneitä yhteiskuntia. Selviytymisen sijaan siirtolaiset pohtivat, miten saisi asunnon ja sosiaaliturvan toimimaan mahdollisimman pian.

Meillä on kuitenkin mahdollisuus aivan uudenlaiseen siirtokuntapolitiikkaan. Jos haluaisimme, voisimme jo nykytekniikalla lähteä asumaan lähiavaruuteen. Jos sinne ei mentäisi vain käymään vaan olemaan, avaruusaika harppaisi aimo askelen eteenpäin. Tähän mennessähän olemme tehneet vain muutaman pienen pompun näkösäteen päähän kotoa.

Kun maapalloa katsoo avaruudesta, on helppo ymmärtää, miksi olemme pysyneet kotipihalla. Planeettaamme ympäröi elämää suosiva ilmakehä, ja jotakuinkin jokaisesta kolkasta löytyy elinkelpoista maata. Missä tahansa muualla joudumme sulkeutumaan umpioon, josta voi astua ulos vain raskas painepuku päällä.

Juuri nyt maailman ihmisillä ei tunnu olevan sitä päättäväisyyttä ja pitkäjännitteisyyttä, jota oli maapallon valloittajilla, mutta avaruussiirtokunnan perustaminen tulee vielä eteen, ennustavat visionäärit. Ihmiskunta joutuu etsimään uusia raaka-ainelähteitä, purkamaan ylikansoitusta tai pakenemaan pahenevaa ilmastonmuutosta. Ennen sitä avaruuteen kuitenkin nousee tutkimussiirtokuntia.

Kuusta helpoin aloittaa

Viime aikoina on maalailtu matkoja ja eksokoteja Marsiin, mutta kalpeanaamainen kotitaivaan kiertolainen Kuu voisi olla parempi kohde ensimmäisille avaruusajan uudisraivaajille. Siinä missä lento Marsiin kestää kuukausia, pääsee Kuuhun parissa päivässä. Läheisyyden ansiosta viestiliikennekin toimii miltei ajantasaisesti. Jos tulisi tosi hätä, tiedon siitä saisi heti Maahan, ja tarvittaessa kuuasemalta pääsisi no­peasti pakoon.

Myös talous puhuu Kuun puolesta. Kuussa on muun muassa Maassa harvinaisia ja siksi kalliita maametalleja, kuten lantaania ja neodyymiä, joita ilman elek­troniikkateollisuutemme ei tule toimeen. Niiden louhiminen voisi nykyhinnoillakin tehdä kuuasemasta kannattavan.

Kaivoksia on kaavailtu myös asteroidivyöhykkeelle, ja sinne Kuusta pääsisi helpommin ja halvemmin kuin Maasta. Kuun painovoima on pieni, vain kuudesosa Maan painovoimasta, joten avaruusalus nousee naapurista lentoon paljon vähemmällä polttoaineella kuin maanpäällisistä avaruuskeskuksista.  

Niin ikään Kuuhun voisi rakentaa teles­kooppeja ja muita astronomisia havaintolaitteita, jotka katsoisivat kauas avaruuteen. Niille pieni painovoima ja ilmakehättömyys tarjoaisivat optimaaliset olot, varsinkin Kuun takapuolella, missä ne olisivat suojassa maailman valoilta ja muilta ihmiskunnan tuottamilta häiriöiltä.

Voi siis olla, että ensimmäiset Kuun asukkaat ovat tähtitieteilijöitä ja mainareita, ja hekin saattavat käydä siellä alkuun keikkatöissä. Silloin asemaa huollettaisiin kuin Kansainvälistä avaruusasemaa. Kuuhun lennettäisiin varusteita, happea, polttoainetta ja ruokaa, ja miehistöä vaihdettaisiin pari kertaa vuodessa.

Idea elänyt pitkään

Ajatus Kuuhun perustettavasta siirtokunnasta ei ole ihan uusi. Ensimmäisenä aiheesta kirjoitti englantilainen piispa John Wilkins vuonna 1638. Britannian tiedeakatemian, kuulun Royal Societyn, perustajiin lukeutunut Wilkins oli hyvin kiinnostunut avaruudesta ja uskoi vakaasti, että jonakin päivänä ihmiskunta asuttaa Kuun.

Viime vuosisadalla avaruusaikakauden alettua Kuuhun menoa pohdittiin tosissaan, ja kuuaseman kustannuksia laskettiin perusteellisesti. Esimerkiksi Yhdysvaltain ilmavoimat päätyi 1960-luvun taitteessa 7,5 miljardiin silloiseen dollariin, noin 3,6 miljardiin nykyiseen euroon.

Periaatteessa kuuasemaan ei vaadita ihmeitä. Ensisijaisesti sen tulee pitää ihmiset hengissä, eli asemalla täytyy olla ilmaa, sopivasti lämpöä ja ruokaa.

Ilmaksi riittää puhdas happi, mutta parempi olisi käyttää typen ja hapen seosta, koska sataprosenttinen happi on erittäin paloherkkä aine. Pienikin kipinä sähkölaitteesta, ja koko asema voi leimahtaa tulipätsiksi.

Happea saa vaikkapa kuun pinnan kiviaineesta. Sen koostumus tunnetaan hyvin, ja tutkijat ovat kehittäneet menetelmiä, joilla happi irtoaa kivestä. Tätäkin helpommin elämän kaasua voi tehdä vedestä. Kuun napa-alueilla on syviä kraattereita, joihin aurinko ei lainkaan paista. Niiden pohjalta on löytynyt merkkejä ikijäästä, josta saisi niin vettä ja happea kuin vetyä rakettipolttoaineeksi.

Aseman perustaminen vaikkapa Kuun etelänavan tuntumaan olisi kätevää myös siksi, että navalla kohoaa vuorenhuippuja, joihin aurinko paistaa tauotta. Kun aseman aurinkopaneelit sijoittaisi näille napavuorille, asemalla ei ikinä tulisi pulaa energiasta. Muissa oloissa sähköä pitäisi varastoida aina vähintään kahden viikon tarpeiksi, sillä Kuun vuorokausi kestää kuukauden eli yön ja päivän pituus on noin kaksi viikkoa.

Napa-alueille laskeutuminen ja niillä liikkuminen on hankalampaa kuin tasaisemmilla keskisillä leveysasteilla tai päiväntasaajalla, mutta kulkuongelmat ovat ratkaistavissa. Viime aikoina napa-aluei­ta on tutkittu aktiivisesti, koska sen parempia tontin paikkoja kuuasemalle on vaikea löytää.

Ruokaa kasvihuoneista

Jos vettä ja sähköä on tarpeeksi, asemarakennuksiin voi tehdä myös kasvihuoneita. Kasvit poistaisivat ilmasta hiilidioksidia, säätelisivät ilmankosteutta ja yhteyttäessään tuottaisivat sekä happea että ravintoa. Kasvihuonein varustettu kuuasema olisi suljettu elossapitosysteemi, joka toimisi kuin pieni maapallo: ilmaa ja ruokaa riittäisi omasta takaa, eikä rahtilennoilla tarvitsisi tuoda kuin erikoisvarusteita.

Kansainvälisellä avaruusasemalla kas­vatetaan jo erilaisia salaatteja, ja tutkimusten perusteella muun muassa riisi, tomaatti, paprika ja pavut sopivat avaruusviljelyyn. Mansikoita, luumuja, perunoita, avokadoja, pähkinöitä, maissia, kauraa ja muita sopivia marjoja, juuria ja viljoja mukaan ottamalla voitaisiin kattaa ihmisen koko ruokavalio.

Kasveja osataan nykyisin viljellä ravintoliuoksissa, mutta tietysti oikea maaperä olisi parempi vaihtoehto.

Tämä mielessä tutkijat ovat testanneet, miten Kuun pinta-aines sopii viljelyyn. Ikävä kyllä kasvit eivät juuri pidä siitä. Kuuperästä saa kuitenkin paremman, kun siihen lisää sopivasti oikeanlaisia  bakteereja. Ne irrottavat kivestä mineraaleja ja hivenaineita, joita kasvit tarvitsevat. Entisestään kuuperä paranee, kun siihen lisää ulosteista ja muista biojätteistä muhitettua kompostia. Voi olla, että hyvästä lannasta tulee hapen ohella kallisarvoisimpia aineita kuuasemalla.

Näillä suunnitelmilla asukkaiden kannattaisi olla kasvissyöjiä, mutta kyllä eläinproteiiniakin voisi ruokalistalle lisätä. Lehmät ja muut isot eläimet eivät tule kysymykseen, mutta esimerkiksi kaloja pystyy kasvattamaan tankeissa. Lihaakin osataan jo tehdä maan laboratorioissa, joten mikä ettei tulevaisuudessa kuuasemalla.

Pitkä lista mietittävää

Vaikka kasvit saisi kasvamaan ja vettä ja sähköä olisi kylliksi, riittää siirtokunnan perustamisessa  myös pulmia. Ennen kuin Kuuhun voi turvallisesti sijoittaa ison ihmisjoukon, pitää ratkaista monta ympäristöuhkaa.

Pahin niistä on kosminen säteily, kaukaa ulkoavaruudesta saapuva vaarallisen voimakas hiukkasvirta. Tähtemmekin pommittaa Kuuta hiukkasmyrskyillään, ja sen säteily porottaa ilmakehättömään Kuuhun aivan eri lailla kuin Maahan. Koko kuuasema kannattaisi itse asiassa kaivaa kuuperään. Parimetrinen kerros kuukiveä suojaa niin kosmiselta säteilyltä kuin Auringon säteiltä.

Kerran kuukaudessa Kuu kulkee radallaan myös Maan magneettikentän hännän läpi. Silloin sähköisesti varautunut  kaasu pyyhkäisee Kuun ylitse, pommittaa sen pintaa elektroneilla ja synnyttää etenkin Kuun kääntöpuolelle suuren staattisen sähkövarauksen. Se häiritsee elek­troniikkaa ja voi rikkoakin sitä purkauksillaan.

Ilmakehättömyyden vuoksi myös avaruudessa kiitävät mikrometeorit ja muut kappaleet törmäävät esteettä Kuuhun. Suora osuma asemaan on epätodennäköinen mutta mahdollinen, joten iskuun pitää suunnitelmissa varautua.

Myös kuupöly voi tuottaa pahoja ongelmia. Se on erittäin hienojakoista, tarttuu hanakasti varusteisiin ja tunkeutuu ilmastointikanaviin ja laitteisiin. Koska Kuussa ei ole eroosiota, hiukkaset ovat teräväreunaisia, mikä tekee niistä hyvin hankalia siivota. Kuuasemalla joudutaankin puhdistamaan pölyä koko ajan kaikkialta, sillä jokainen käynti ulkona tuo sitä sisälle.

Tutkijat epäilevät myös, että pitkäaikainen altistuminen kuupölylle vaarantaa terveyden. Kun pölyä kerääntyy keuhkoihin, se voi vahingoittaa niitä kuin asbesti.

Pienen painovoiman pitkäaikaisvaikutuksia ei niitäkään tunneta. Todennäköisesti luut ja lihakset heikentyvät yhtä lailla kuin painottomuudessa. Mahdollisesti samoin käy kehon puolustuskyvylle, ja, mikä ikävintä, sairauden aiheuttajat leviävät erityisen helposti suljetuissa, tiiviissä yhteisöissä.

Ihminen isoin ongelma

Odotettavissa olevista ongelmista tiedetään niin avaruusasemalla oleskelun kuin maassa tehtyjen kokeiden perusteella. Kokeista tunnetuin on Biosfääri2-hanke, joka 1980-luvun lopussa testasi suljetun ekosysteemin toimintaa Arizonan autiomaassa Yhdysvalloissa.

Hankkeessa tehtiin kaksi pitkäkestoista koetta. Kumpikaan ei onnistunut odotetusti. Ensimmäisellä kerralla koelaitoksen happipitoisuus laski ja hiilidioksidipitoisuus nousi vaarallisesti. Kasveihin ilmaantui tuholaisia, pölyttäjähyönteiset vähenivät, eikä ruokaa saatu tarpeeksi.

Toinen koejakso alkoi erinomaisesti. Kasvit kukoistivat, ja elinolot pysyivät hallinnassa. Koe jouduttiin kuitenkin keskeyttämään inhimillisen ongelman vuoksi. Asukkaat riitautuivat niin pahasti, että koko laitos oli pakko sulkea.

Kuuasemallakin suurin ongelma voi syntyä ihmisistä itsestään. Parhaimmillaankin olot kysyvät henkistä kestokykyä, sillä Kuussa riittää mahdollisia vaaratilanteita. Sähkövika saattaa sammuttaa elossapitolaitteet, seinään iskeytyvä taivaan kivi voi tehdä reiän ja päästää ilmat pihalle. Elämä jatkuvassa stressissä ei ole hyväksi.

Nykyisin osataan kiinnittää huomiota psykologisiin seikkoihin. Niitä painotetaan joka kerran, kun  avaruuslennon miehistöä kootaan. Myös täysimittaista Mars-lentoa simuloinut Mars500-koe opetti, että hyvin toimiva ryhmä syntyy toisiaan täydentävistä ihmisistä. Mitä pienempi ryhmä on, sitä tärkeämpi on sisäinen dynamiikka. Toisaalta yhteinen tavoite ja ulkoiset vaarat saattavat pitää joukon koossa. Näin kävi Amerikan asuttajille, jotka pelkäsivät outoa ympäristöä ja intiaaneja. Luultavasti niin käy myös avaruuden pioneereille.

Kaupunki vai teemapuisto?

Kun siirtokunta kasvaa ja siellä asuu satoja tai tuhansia ihmisiä, arki alkaa muistuttaa elämää pienessä kaupungissa. Asutuksesta voisi kasvaa vaikkapa uusi Piramida.

Huippuvuorille 1910-luvun alussa syntynyt kaivoskaupunki oli aluksi hökkelikylä, jonne mentiin vain työhön. Sitten ihmiset alkoivat asettua sinne, ja parhaimmillaan kaupungissa oli yli tuhat asukasta. Heitä varten rakennettiin kunnon asunnot, kasvihuoneet, koulut, sairaala, teatteri ja kaikki muu. Kaupunki kuhisi elämää, työllisti asukkaansa ja menestyi kaivoksillaan, kunnes louhinta kävi kannattamattomaksi ja kaupunki tyhjeni 1998.

Piramidan tavoin Kuun kaivostukikohdat voivat ajan mittaan laajeta oikeiksi kaupungeiksi.

Toinen vertauskohta voisi olla aavikon laidalle lähes tyhjästä rakennettu Dubai, joka elää pitkälti turismilla. Mikä estää kehittämästä Kuusta ekstreemimatkailun kuuminta uutuutta. Maisemat ovat upeat, pomppien etenevä kuukävely hupaisaa. Monet urheilulajit saavat keveillä suorituspaikoilla aivan uuden ulottuvuuden. Ja kukapa ei haluaisi ikuistaa itseään Kuussa maapallo köllöttelemässä taka-alalla. Vai saisiko olla kiertokäynti Apollo-alusten laskeutumispaikoilla tai kiipeilyretki Tsiolkovski-kraatterin reunalle?

Kuulostaa fantasialta, mutta niin kuulosti myös nykyinen matkailutahti vielä puoli vuosisataa sitten. Sitä paitsi voi olla, ettei pelkkä kaivosteollisuudesta tai avaruustutkimuksesta kertyvä hyöty riitä innostamaan kuuasemien tekoon. Tärkeintä Kuuhun paluussa on halu tehdä se. Tämä epärationaalinen tunne voi tarvita innoitteekseen tunteisiin vetoavaa kuuturismia. Kun tiede muuttuu viihteeksi, kustannuksilla ei enää ole niin väliä.

Jari Mäkinen on vapaa avaruus- ja tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 4/2014

Koti tulostuu mittatilaustyönä

Avaruussiirtokunnan perustaminen kannattaa vain siinä tapauksessa, että rakennukset tehdään paikan päällä. Elementtien kuljettaminen Maasta maksaa liian paljon.

Euroopan avaruusjärjestö Esa on rakennus- ja avaruusalan asiantuntijoiden kanssa hahmotellut, miten jo käytössä oleva 3D-tulostustekniikka saadaan toimimaan Kuussa. Ryhmä kehitti erimuotoisia ja -kokoisia rakennuselementtejä, jotka sopivat sarjatuotantoon.

Kuuaseman rakennukset olisivat kupoleita, jotka tehdään pari metriä pitkistä tiilistä. Tiilet ovat osittain onttoja, mutta niissä risteilee ohuita, tarkasti sijoittuvia tukirakenteita. Näin tiiliä syntyy vähillä raaka-aineilla, ja niistä saadaan lujia ja kestäviä, mutta samalla kevyitä.

Brittiyhtiö Monolite on jo onnistuneesti valmistanut halutunlaisia tiiliä D-Shape-tulostimellaan, joka on suunniteltu halkaisijaltaan jopa kuusimetristen rakennuselementtien tekoon. Tulostin sekoittaa hiekkaa ja sidos­ainetta seokseksi ja ruiskuttaa sitä pienten 3D-tulostinten tapaan kerros kerrokselta muottiin tietokoneen ohjaa­mana.

Jättikokoisella betoniprintterillä on toistaiseksi tulostettu muun muassa koralliriuttojen runkorakenteita ja taideteoksia. Mikään ei kuitenkaan estä käyttämästä sitä Kuussa, kunhan se muunnetaan toimimaan Kuun oloissa. Sikäläinen betoni sisältäisi kuuperän kiveä ja pölyä ja magnesiumoksidia. Tulostet­taessa seokseen lisättäisiin vielä suolaa kovettajaksi.

Laitteella voi arvioiden mukaan tulostaa yhden kuuaseman viikossa, ja, mikä parasta, kunkin aseman voi suunnitella tietokoneella etukäteen niin, että se istuu juuri haluttuun paikkaan ja tarkoitukseen.

 

Sisään tullaan ilmalukon kautta. Tilassa on suihku, jossa avaruuspuvusta pestään pois kuupöly voimakkaalla ilmavirralla tai vedellä. Sisäeteisessä puetaan, riisutaan ja säilytetään avaruuspuvut.

Kellarin varastotiloissa säilytetään teknisiä varaosia ja kuivamuonaa. Ne sopivat myös hätäsuojaksi.

Laboratoriossa tehdään tieteellistä tutkimusta avaruuden oloista ja kuuperästä. Lääkintänurkkaus toimii terveysasemana. Kuntosalista löytyy välineitä lihaskunnon ylläpitoon. Liikunta on myös tärkeä osa henkistä hyvinvointia.

Oleskelutilassa voi viettää vapaa-aikaa haluamallaan tavalla. Komentokeskuksesta ohjataan aseman toimintoja, avustetaan ulkotöissä olevia ja pidetään yhteyttä maahan.

Viherhuoneista saa ruokaa kotitarpeiksi ja asuintoihin hapekasta, mukavan kosteaa ja puhdasta ilmaa. Varsinaista ruoantuotantoa varten siirtokunnassa on erityiset kasvihuoneet. Omat, pienet makuusopet ovat suljetussa yhteisössä a ja o. Niissä voi nauttia yksityisyydestä myös silloin, kun siihen tuntee tarvetta.

Kuuperästä tehty kate suojaa asukkaita avaruussäteilyltä ja meteorien iskuilta. Kattoikkunat päästävät sisään päivänvaloa, mutta enimmän osan aikaa luukut on mikrometeorisateessa pidettävä kiinni.

Kyydin tarjoaa moderni Apollo

Yksinkertaisin tapa lentää Kuuhun on soveltaa periaatteita, joita Yhdysvaltain avaruushallinto käytti 1970-luvulla Apollo-ohjelmansa kuulennoissa. Näin Nasa kaavailikin vuonna 2005, kun se suunnitteli palaavansa Kuuhun. Sitten talous ajautui taantumaan, ja hanke haudattiin. Se kuitenkin osoitti, että jos Kuuhun halutaan mennä, pitää vain kääriä hihat ja ryhtyä hommiin.

Nasan suunnitelmassa matka Kuuhun olisi taittunut Orion-aluksilla, jotka muistuttivat Apollo-aluksia mutta joiden tekniikka oli uutta ja kyytiin mahtui enemmän tavaraa ja lentäjiä. Orionit olisivat voineet viedä Kuuhun kerrallaan neljä astronauttia.

Laskeutumisalukseksi kaavailtiin Altair-kuumoduulia, joka sekin oli paljon Apollo-moduu­lien kaltainen, mutta suurempi ja tehokkaampi.

Laskeutuminen olisi onnistunut minne tahansa, kun 1970-luvun tekniikalla piti suunnata päiväntasaajalle. Altairilla Kuussa olisi voinut viipyä pari viikkoa, ja alas asti olisi päässyt koko miehistö, sillä Orion olisi Apolloista poiketen odotellut kiertoradalla ilman astronautin ohjausta.

Uusia aluksia varten hahmoteltiin myös uudet kantoraketit. Ares-nimen saaneet raketit perustuivat pitkälti avaruussukkuloissa käytettyyn tekniikkaan, joskin voimanlähteeksi oli tarkoitus virittää Apollo-aikainen rakettimoottori. Pienemmän Ares 1:n oli tarkoitus kuljettaa Orion Maan kiertoradalle. Siellä alus olisi telakoitunut suurempaan Ares 5:een, joka olisi tehnyt varsinaisen kuulennon.

Vaikka hanke haudattiin, Kuuhun palattaneen samantyyppisillä aluksilla. Aivan äskettäin Nasa kutsui yksityisiä yrityksiä ideoimaan robottilaskeutujia, jotka sopisivat Maan ja Kuun väliseen liikenteeseen.