Praegugi on maailmas inimesi, kes ei usu, et astronaudid 1969. aastal Kuu pinnale astusid. Ehkki neile on esitatud hulgaliselt tõendeid, sealhulgas, et arvutid ei suutnud 1969. aastal nõnda head valepilti ja -videot genereerida, jäävad nad oma arvamuse juurde. Sellest hoolimata lähevad teadlased edasi ja tuginedes just nendele Apollo Kuu-missioonidel kogutud andmetele töötatakse Tallinna tehnikaülikoolis välja materjale ja seadmeid, mida saaks kasutada järgmistel Kuu-missioonidel. NASA juhitud Apollo missioonide käigus toodi eelmisel sajandil Maale 384 kilogrammi Kuu pinnase materjale. Tänu sellele on teadlastel üsna hea ülevaade, mis elementidest ja kivimitest Kuu tolm ehk regoliit koosneb. Seda teadmist kasutatakse järgmiste missioonide jaoks.
53 aastat viimasest Kuu astronaudist
Inimesed käisid viimati Kuu pinnal 1972. aastal. Nüüd, rohkem kui 50 aastat hiljem, valmistutakse järgmisteks missioonideks. Miks ei ole vahepeal nii pikalt Kuu peal käidud? Teadlased on olnud keskendunud muudele prioriteetidele. Palju on uuritud teisi Päikesesüsteemi taevakehi, Päikest ennast, ja loodud satelliittehnoloogiat Maa vaatlemiseks kosmosest. Maavaatlus ehk kaugseire võimaldab ennustada ilma, ennetada katastroofe ja kasutada kaitsetehnoloogiaid. Kuid pikal ajavahel on suurem põhjus – Apollo ajastu Kuu-missioonid olid poliitiliselt tugevalt motiveeritud. Külma sõja ajal valitses Nõukogude Liidu ja Ameerika Ühendriikide vahel kindel vastasseis – sooviti teineteisele „ära panna“ igas valdkonnas, sealhulgas kosmoses. Investeeriti tohutult kosmose avastamisse, Nõukogude Liit saatis orbiidile maailma esimese satelliidi Sputnik 1 ja viis ka esimese inimese Maa orbiidile – meile nime poolest hästi tuttava Juri Gagarini. USA oli marus ja John F. Kennedy ütles oma kuulsad sõnad „We choose to go to the Moon. Not because it is easy, but because it is hard.“ Ja Kuule nad läksid. Ükski teine riik pole seda saavutust järele teinud.
Apollo õde Artemis
Nüüd on NASA uuesti Kuule keskendunud ja uuele programmile on nimeks pandud Artemis. Väga sobilik nimi, sest eelmisel korral oli nimeandjaks tarkusejumal Apollo, Artemis aga on kreeka mütoloogias Apollo kaksikõde ja jahijumalanna. Esimene Artemise lend Kuu orbiidile toimus 2022. aastal ja järgmine on plaanis aastal 2026. Artemise missioonidel ei tegutse NASA enam üksi, vaid tehakse koostööd teiste maailma kosmoseagentuuridega Kanadas, Jaapanis ja mujal. Tähtis osa Artemise missioonides on ka Euroopa Kosmoseagentuuril, kuhu Eesti kuulub. Eestis uuritakse mitut tehnoloogiat, mida valmistatakse ette järgmisteks Kuu missioonideks, ja neid uusi tehnoloogiaid on palju, sest sel korral plaanitakse Kuule minna eesmärgiga sinna jääda. Seekord on kavas vähehaaval luua Kuule rajatised, infrastruktuur ja püsiv asustus. Püsivas Kuu asupaigas ehk Kuu baasis on plaanis hakata tegema teadustööd, mida on võimalik läbi viia just Kuu madala gravitatsiooni ja kosmose vaakumi tingimustes. Tulevases Kuu baasis tahetakse hoida püsiv asustus, nii nagu on hoitud 2000. aastast rahvusvahelist kosmosejaama ISS. Sel korral pööratakse erilist tähelepanu jätkusuutlikkusele, sest tahetakse kasutada võimalikult palju kohapeal saada olevaid materjale, selle asemel et kõik vajaminev rakettidega Maalt kohale viia. Seega on hea, et Apollo missioonide jooksul on nii palju materjalide näidiseid Maale toodud.
Kuu baasi energiavajadus
Elektrienergia tootmine on tulevase Kuu asustuse üks peaküsimusi. Me ei kujuta ette ühtegi tavalist tegevust ilma elektrita, Kuul peab veel lisaks tootma õhku ja vett. Õnneks on Kuu sügavates meteoriidikraatrites jääd, millest saab toota puhast vett joogiks ja hapnikku hingamiseks, kuid seda kõike vaid piisava elektrienergia olemasolu korral. Elektriallikatest Kuul palju valikuid ei ole. Fossiilkütuseid ei pakuta seal ühtegi, tuumaenergiat samuti mitte. Taastuvatest allikatest on saadaval ainult Päike – päikesepaneelide kasutamist ja Kuu peal tootmist olemegi asunud oma laboris uurima. Maal on päikesepaneelide kasutamine juba üpris tavaline, neid on rajatud majade katustele, fassaadidele ja põllulappidele. Ka päikesepaneelidega seotud investeeringud on juba taskukohasemad ja jõukohased paljudele tavatarbijatele. Seda tänu arenenud tehnoloogiatele, mis on teinud päikesepaneelid aina odavamaks. Päikesepaneelid töötavad tänu pooljuhtmaterjalidele. Need materjalid on oma elektrit juhtivatelt omadustelt heade elektrijuhtide (nagu metallid) ja isolaatorite (puit, tekstiil, plastid) vahel. Elektroonikatööstuses kasutatakse pooljuhtmaterjale, et toota kondensaatoreid, transistore, dioode, mikroprotsessoreid ja palju muud vajalikku, tänu millele töötavad meie elektroonikaseadmed. Päikesepaneelides on pooljuhtmaterjali roll neelata valgusenergiat ja saadud energiast tekitada elektron-auk-paare. Need elektronid korjatakse piltlikult öeldes kokku ja tekib elektrivool. Kõige levinum pooljuhtmaterjal nii elektroonikaseadmetes kui päikesepaneelides on räni, kuid ränile on ka alternatiive.
Püriidi kasutamine päikesepaneelides
Päikeseenergia tootmiseks Kuul on kaalutud räni kasutamist, kuna see on kõige laialdasemalt uuritud tehnoloogia ja ränil põhinevad päikesepaneelid on väga tõhusad. Ränil on ka mõned puudused. Seda peab sulatama ja puhastama väga kõrgel temperatuuril (1800 °C) s.t ränipaneelide valmistamiseks on vajalik väga suur energia hulk. See tõstab hinda ja pikendab paneelide tasuvusaega. Räni on ka väga tundlik avakosmose kiirguse suhtes. Maal kaitsevad meid atmosfäär ja gravitatsiooniväli Päikeselt tuleva tugeva UV-, röntgen- ja gammakiirguse eest. Kosmoses ja Kuu pinnal on ohtlik ka laetud osakeste voog, mis koosneb prootonitest, atomaarsest hapnikust, elektronidest ja neutronitest. Räni on sellele kiirgusele tundlik ja ajapikku ränipaneelide efektiivsus väheneb. On teisi pooljuhtmaterjale, mis ei ole kiirguse suhtes nii tundlikud.
Tallinna tehnikaülikoolis uuritakse püriidi ehk rauddisulfiidi kasutamist päikesepaneelide valmistamiseks Kuul. Püriidi koostisosi ehk rauda ja väävlit leidub ka Kuu pinnases ning seda materjali saab toota palju madalamal temperatuuril – alates 440 °C. Püriidil on ka paremad valgust neelavad omadused ehk selles materjalis neeldub sama suur hulk valgust mitu korda õhemas materjalikihis võrreldes räniga. Tänu sellele on päikesepaneelide valmistamiseks vajaliku materjali kogus väiksem. Püriiti ei ole aga teadlased veel nii palju uurinud ja selle tõhusus on räniga võrreldes madal. Seetõttu ongi meie teadusrühm keskendunud just püriidi uurimisele ja selle materjali optoelektrooniliste omaduste kontrollimisele. Püriidist päikesepaneele saaks kasutada ühtmoodi nii Maal kui ka kosmoses, kuna tegemist on ülisoodsa pooljuhtmaterjaliga. Muide, püriiti saaks Eestis ja mujal Euroopas toota, aga räni tuleb praegu Hiinast.
Painduvad ja pool-läbipaistvad päikesepaneelid
Selle projekti raames kasutame monoterakiht-päikesepatareide tehnoloogiat. Selliste päikesepaneelide valmistamiseks sünteesitakse püriidi mikrokristallid, mis on läbimõõduga vaid 50–100 mikromeetrit, mis on sarnane inimese juuksekarva läbimõõduga. Need mikrokristallid kinnitatakse ühe kihina polümeeri ja kogu päikesepaneeli paksuse määrabki selle ühe kristalli paksus. Tänu sellisele tehnoloogiale on päikesepaneel painduv ja optiliselt pool-läbipaistev, mis võimaldab päikesepaneele kinnitada väga mitmesugustele pindadele. Kuul saaks päikesepaneelidega katta näiteks sõidukid, elamiskohtade seinad, katused ja isegi aknad. Kuna energiat peab koguma võimalikult suurelt maa-alalt, peab tehnoloogia olema ressursisäästlik, mis ongi selle projekti üks eesmärke. Kui näiteks Maa peal on saadaolev pindala väga kitsalt piiritletud katuse pinna või põllulapi suurusega, siis Kuu peal on ruumi palju rohkem ning vajaduse korral saab efektiivsuses teha väikseid järeleandmisi.
Iga uus tehnoloogia on kunagi alguse saanud „hullumeelsest ideest“. Teadlaste ülesanne on need ideed läbi katsetada ja parimad jõuavad meie – või astronautide – käsutusse. Nii ka minu teadustöös.
