ESA-ingeniører vurderer Moon Village-habitatet

Det anerkendte arkitektfirma Skidmore, Owings &Merrill, ophavsmand til mange af verdens højeste skyskrabere, har arbejdet på et endnu mere udfordrende design:et levested for en fremtidig Moon Village. Deres forslag har gennemgået en grundig undersøgelse af ESA-eksperter på agenturets mission-evaluerende Concurrent Design Facility.

Denne gennemgangsproces viste forskellige problemer, men fandt ingen show-stoppers - hvilket betyder noget, der ligner virksomhedens innovative, fire-personers semi-oppustelige struktur kan meget vel ende på månens overflade i de kommende år.

Skidmore, Owings &Merrill (SOM) rådførte sig med fakultetet ved MIT's Department of Aeronautics and Astronautics samt ESA om deres habitatdesignstudie. Det var inspireret af ESA's generaldirektør Jan Wörners vision om en international Moon Village udviklet gennem en alliance af private og offentlige, rum- og ikke-rumpartnere.

Arbejdet med undersøgelsen begyndte i 2018, men i år blev habitatets designplan gennemgået en seks-sessions undersøgelse på ESA's Concurrent Design Facility (CDF). Placeret i agenturets tekniske hjerte, i Noordwijk, Holland, CDF samler et netværk af rumspecialister for at udføre hurtige evalueringer af nye missionskoncepter og skabe brugbare tegninger.

"Værdien af ​​disse CDF-sessioner er, at de kan køre vores design forbi enhver ekspert, der er nødvendig, i realtid, " siger Daniel Inocente, studieleder på SOM. "Det har været en fantastisk oplevelse, fordi vi har været i stand til at opdage de begrænsende faktorer, der er involveret i at designe til månen inden for kort tid, tage dem med ombord og identificere potentielle svar."

"Denne undersøgelse ser tydeligt ind i fremtiden, ud over horisonten for aktuelt planlagte måneudforskningsaktiviteter, " forklarer Advenit Makaya, studieleder hos ESA. "Men det har været en meget interessant øvelse for de forskellige ESA-eksperter, at samarbejde med arkitektureksperter, for at identificere og adressere drivkræfterne og måderne, hvorpå dette innovative design kunne implementeres på månen."

"Samarbejdet om dette projekt, ved at kombinere de bedste ideer og ekspertise fra SOM og ESA-eksperterne, er et meget godt eksempel på, hvordan ESA ikke kun ønsker at udvikle fremtidige programmer, men også at være en muliggører for andre initiativer, der bidrager til det fælles bedste, " kommenterer Isabelle Duvaux-Béchon, fra ESA's afdeling for koordinering af politik og programmer.

Oppustelighed for maksimal plads i rummet

Med udgangspunkt i det oppustelige BEAM-modul, der i øjeblikket er knyttet til den internationale rumstation, SOM har designet en semi-oppustelig skalstruktur for at tilbyde det højest mulige volumen/masseforhold. Når først den er oppustet på månens overflade, det ville nå omtrent det dobbelte af dets oprindelige indre volumen.

Daniel forklarer:"Indvendigt tænkte vi meget over den menneskelige oplevelse, med hensyn til lysforhold, fleksibel arkitektur, der kan omkonfigureres efter behov, og også høj gulv til loft plads - månens en sjettedel G betyder, at besætningsmedlemmer kan nå meget højere op, og vi opfordrer til at bruge gribebøjler og andre simple hjælpemidler. Den pensionerede NASA-astronaut Jeffrey Hoffman, Professor ved MIT's Institut for Luftfart og Astronautik, gav os feedback om forbedring af opholds- og arbejdsområdet ud fra hans personlige erfaring."

Dets valgte sted er blevet beskrevet som den mest eftertragtede ejendom i solsystemet:kanten af ​​Shackleton-krateret ved siden af ​​månens sydpol. Undgå de lammende ekstreme temperaturer på månens to-ugers dage og nætter, denne placering tilbyder næsten kontinuerligt sollys til solenergi, en vedvarende udsigt over Jorden og adgang til månens vandisaflejringer i tilstødende permanent-skyggede kratere.

Det fire-etagers habitat ville blive oppustet enten lokalt af astronauter eller ellers via rovere, der blev teleopereret fra Gateway-stationen omkring månen. Det ville holde dens fire personers besætning i live og komfortabel i op til 300 dage på det tidspunkt.

Fare:stråling

Oprindeligt var designet planlagt til et 500 dages ophold, men dette mål måtte revurderes på grund af en af ​​de mest udfordrende begrænsninger for livet på månen:stråling. Fordi månen er langt uden for Jordens beskyttende magnetiske skjold i størstedelen af ​​dens kredsløb, er den udsat for ioniserende stråling fra Solen og det dybe rum.

"CDF-strålingsanalysen gav os en bedre indikation af eksponerings- og varighedsgrænser, så vi var nødt til at ændre vores grundlæggende mål, " kommenterer Daniel.

"På samme måde oprindeligt planlagde vi at have mandskabskvarteret på en øverste etage, men flyttede det til et lavere niveau, at fordoble som besætningen ly mod solstorme. Dette niveau ville også lagre vores livsstøttesystem, giver ekstra strålingsafskærmning. Der er også mulighed for at beklæde strukturen med månemateriale eller andet lokalt hentet vand, for at øge besætningsbeskyttelsen yderligere."

Holder besætningerne i live og har det godt

Med et øje på fremtiden, habitatet kombinerer traditionelle livsunderstøttende systemer med regenerative lukkede kredsløb, arbejdet på gennem ESA's langvarige MELiSSA-program, med den ekstra fordel, at maden kan dyrkes in-situ.

Habitatets strømbehov - estimeret til 60 kilowatt fra ISS-erfaring - ville blive opfyldt ved hjælp af enten en tilstødende solenergifarm eller en overfladedistribueret fissionsreaktor.

Lige så vigtige ville være radiatorerne, nødvendig for at dumpe spildvarme og opretholde en behagelig indre temperatur på 22°C. CDF-holdet, trækker på tidligere erfaringer med ESA's Rosetta-kometjager, foreslået at tilføje lukbare 'lameller' for at kontrollere radiatorens emissivitet under korte, men kølige polarnætter.

Landing og launcher muligheder

En anden vigtig designdriver er at minimere kontakten med klæbrig, slibende månestøv. Som Daniel forklarer:"Vi ville faktisk lande habitatet et stykke væk fra dets endelige destination og transportere det på plads over land, fordi lander touchdown vil drive en masse støv op, som er skadeligt for både mennesker og udstyr. Og habitatet ville være i kontakt med separate luftsluseskaller, der er dedikeret til at støve rumdragter og udstyr af, for virkelig at afbøde mængden af ​​støv i habitatet."

En af de største udfordringer, som CDF har markeret, er faktisk at nå dertil. habitatet, inklusive alt dets forudmonterede indvendige udstyr, ville have en masse på over 58 tons, hvilket ville være uden for rækkevidden af ​​løfteraketter i drift.

Daniel tilføjer:"Ser vi længere end på kort sigt, vi overvejede to muligheder, en af ​​dem er NASAs kommende Space Launch System launcher, og den anden er SpaceX's Starship, som ikke ville have nogen problemer med vores massebehov, men som stadig er på et tidligt udviklingsstadium."

Når først det første levested er på plads, SOM-teamet forestiller sig, at yderligere moduler slutter sig til det igen, tilpasset til specifikke funktioner såsom forskning, fremstilling, madkultur og turisme - hvilket gør det muligt for basen at udvide sig til en landsby, så til sidst en by.

Som Daniel konkluderer:"Vi arbejdede kun på Moon Village på deltid, men projektet har informeret vores tænkning om store terrestriske bygninger som skyskrabere og lufthavne på både en kvalitativ og kvantitativ måde. På Jorden er kravene ikke så absolutte som rummet, men oplevelsen tilbyder måder at forbedre vores designmetoder på, såsom valg af materialer, integrerede bygningsteknologier og minimering af miljøpåvirkninger.

"Og indsatsen med at designe dette habitat er nyttig i sig selv. Det ville være ekstremt dyrt at bygge, teknisk udfordrende, men det er tænkeligt i betragtning af forbedringshastigheden inden for teknologi og teknik og giver os et mål at stræbe efter - ligesom planlægning af at bygge det næste, højeste skyskraber eller planlægning af fremtidens jordbaserede by."