Инженеры Европейского космического агентства оценили концепт Лунной станции
Известная архитектурная студия Skidmore, Owings & Merrill, создатель многих самых высоких небоскребов в мире, работает над более сложным проектом: концептом для будущей Лунной станции. Их проект подвергся тщательной оценке специалистами Европейского космического агентства (European Space Agency (ESA)).
В ходе оценки были выявлены некоторые проблемы в конструкции станции, но не было обнаружено никаких серьёзных препятствий для реализации данного проекта. Это значит, что объект, напоминающий полунадувную конструкцию для четырех человек, вполне может оказаться на поверхности Луны в ближайшие годы.
Skidmore, Owings & Merrill (SOM) консультировались с учеными Департамента аэронавтики и астронавтики Массачусетского технологического института (MIT’s Department of Aeronautics and Astronautics), а также департаментом проектирования (Concurrent Design Facility (CDF)) ESA по вопросам проектирования поселения.
Работа над исследованием началась в 2018 году, и в этом году проект прошел шестисеансовое исследование в департаменте проектирования CDF ESA. Расположенный в Нордвейке, Нидерланды, CDF объединяет в себе специалистов по космосу, которые проводят быструю оценку новых концепций миссий и создают рабочие чертежи.
«Ценность этих сессий с CDF заключается в том, что они могут в режиме реального времени обойти всех необходимых экспертов по нашему проекту», — говорит Даниэль Иносенте, руководитель исследования в SOM. «Это был отличный опыт, потому что мы смогли за короткое время обнаружить ограничивающие факторы, связанные с проектированием для Луны, принять их во внимание и определиться с потенциальными ответами».
«Это исследование явно смотрит в будущее, за пределы планируемой в настоящее время деятельности по исследованию Луны», — объясняет Адвенит Макая, руководитель исследования в ESA. «Для различных экспертов ESA было очень интересным упражнением сотрудничать с экспертами по архитектуре, чтобы определить и рассмотреть движущие силы и способы, которыми этот инновационный дизайн может быть использован на Луне».
«Сотрудничество по этому проекту, объединяющее лучшие идеи и опыт экспертов SOM и ESA, является очень хорошим примером того, как ESA планирует не только разрабатывать будущие программы, но и способствовать реализации других инициатив, способствующих общему благу», — комментирует Изабель Дюво-Бешон из отдела координации политики и программ ESA.
Надувная лунная станция для максимального использования пространства.
Взяв за отправную точку надувной модуль BEAM, который в настоящее время прикреплен к Международной космической станции, компания SOM разработала конструкцию полунадувной оболочки, обеспечивающую максимально возможное соотношение объема и массы. После надувания на лунной поверхности он достигнет примерно двукратного размера, по отношению к первоначальному объему.
Дэниел объясняет: «Мы много думали о человеческом опыте с точки зрения условий освещения, гибкой архитектуры, которую можно реконфигурировать по мере необходимости, а также о высоком пространстве от пола до потолка — одна шестая силы тяжести означает, что члены экипажа могут дотянуться намного выше. Так же большое внимание уделяется использованию поручней и других простых приспособлений. Астронавт NASA в отставке Джеффри Хоффман, профессор факультета аэронавтики и астронавтики Массачусетского технологического института, поделился с нами своими отзывами об улучшении жилого и рабочего пространства».
Место для установки конструкции было выбрано на краю кратера Шеклтон рядом с южным полюсом Луны. Во избежание воздействия ужасающих температурных перепадов лунных двухнедельных дней и ночей, данное место предлагает почти непрерывный солнечный свет, постоянный вид на Землю и доступ к лунным отложениям водяного льда в соседних постоянно затененных кратерах.
Четырехэтажная лунная станция будет надуваться либо на месте астронавтами, либо с помощью вездеходов, дистанционно управляемых со станции Gateway, находящейся вокруг Луны. Она будет способна обеспечить жизнь и комфорт экипажу из четырех человек на протяжении 300 дней.
Радиация – основная опасность
Первоначально планировалось 500-дневное пребывание экипажа, но эту цель пришлось пересмотреть из-за одного из самых сложных ограничений жизни на Луне: радиации. Поскольку Луна находится далеко за пределами защитного магнитного щита Земли, на большей части своей орбиты, она подвержена ионизирующему излучению Солнца и дальнего космоса.
«Радиационный анализ CDF дал нам лучшее представление о пределах воздействия и продолжительности излучения, поэтому нам пришлось скорректировать нашу базовую цель», — комментирует Дэниел. «Изначально мы планировали разместить помещения для экипажа на верхнем этаже, но переместили его на нижний уровень, чтобы он мог служить убежищем для экипажа от солнечных вспышек. На этом уровне также будет находиться система жизнеобеспечения, обеспечивающая дополнительную защиту от радиации, а также возможность облицовки конструкции лунным материалом или водой из местных источников, чтобы еще больше повысить защиту экипажа».
Сохранение здоровья экипажа.
С прицелом на будущее данная конструкция сочетает в себе традиционные системы жизнеобеспечения с регенеративными системами замкнутого цикла, над которыми работает долгосрочная программа ESA MELiSSA, с дополнительным преимуществом, позволяющим выращивать пищу на месте.
Энергетические потребности станции — оцениваемые в 60 киловатт по опыту МКС — будут удовлетворяться с использованием либо соседней солнечной электростанции, либо наземного ядерного реактора.
Не менее важны радиаторы, необходимые для отвода отработанного тепла и поддержания комфортной внутренней температуры на уровне 22°C. Команда CDF, опираясь на прошлый опыт работы с аппаратом ESA Rosetta, предложила добавить закрывающиеся «жалюзи» для управления излучательной способностью радиатора в короткие, но холодные полярные ночи.
Лунная станция: способы запуска и посадки
Еще один ключевой фактор дизайна — это минимизация контакта с липкой абразивной лунной пылью. Как объясняет Дэниел: «Мы собираемся посадить станцию на некотором расстоянии от конечного места установки и перевезти ее на место по поверхности, потому что посадка посадочного модуля поднимет много пыли, которая вредна как для людей, так и для оборудования. И станция будет иметь отдельное помещение с отдельными шлюзами, предназначенными для удаления пыли со скафандров и оборудования».
Одна из самых больших проблем, отмеченных CDF, — это непосредственно доставка конструкции на Луну. Лунная станция, включая все ее предварительно установленное внутреннее оборудование, будет иметь массу, превышающую 58 тонн, что существенное выше несущей способности существующих ракет-носителей.
Дэниел добавляет: «Заглядывая за рамки ближайшего будущего, мы рассмотрели два варианта, один из которых — это запуск с помощью Space Launch System NASA, а другой — космический корабль SpaceX Starship, у которого не будет проблем с нашими массовыми потребностями, но это все еще находится на ранней стадии разработки».
Как только первая станция будет создана, команда SOM предполагает, что к ней по очереди будут присоединятся дополнительные модули, адаптированные для конкретных функций, таких как исследования, производство, выращивание продуктов питания и туризм, что позволит базе расширяться до уровня небольшого поселения, а затем, в конечном итоге, и до города.
Как заключает Дэниел: «Мы работали над Лунным поселением только неполный рабочий день, но этот проект дал нам представление о больших земных зданиях, таких как небоскребы и аэропорты, как в качественном, так и в количественном отношении. На Земле требования не столь строгие, как в космосе, но полученный опыт предлагает способы улучшения наших методологий проектирования, таких как выбор материалов, интегрированные строительные технологии и минимизация воздействия на окружающую среду».
Усилия по проектированию этой станции полезны сами по себе. Это чрезвычайно дорого, технически сложно построить на данный момент, но это станет возможным с учетом темпов совершенствования технологий и инженерии и дает нам цель, к которой мы стремимся — точно так же, как планы построить следующий, самый высокий небоскреб».