Mellan de många rymdorganisationer som planerar att genomföra besättningsuppdrag till månens yta, de många kommersiella enheter som har anlitat dem för att hjälpa dem, och förslag på månbaser, är budskapet från den moderna rymdåldern tydligt: Vi går tillbaka till månen. Och den här gången tänker vi stanna! Precis som ansträngningarna under Apollo-eran, innebär detta flera utmaningar, sådana som kräver 'det bästa av vår energi och kompetens.'
Dessa utmaningar leder till alla möjliga innovativa lösningar, som inser behovet av att utnyttja månens resurser för att ge skydd mot miljön och se till människors behov. A nytt förslag gjort av ett team från International Space University (ISU) har hittat ett nytt sätt att göra just det. Deras förslag? Använd SpaceX Starship Human Landing System (HLS) som grunden för en månbas.
Detta förslag är ett arbete av ett team från flera universitet och vetenskapliga institut över hela Europa, som alla är medlemmar i Program för rymdstudier (SSP) vid Internationella rymduniversitetet (ISU) i Strasbourg, Frankrike. Det var också föremål för en presentation som ägde rum på 72ndInternationella astronautiska kongressen (IAC) i Dubai den senaste veckan (25 oktoberth- 29th, 2021) och är föremål för ett förslagspapper och en officiell rapport (liksom en sammanfattning ).
Illustration av SpaceX Starship mänskliga landare design som kommer att bära de första NASA-astronauterna till ytan av månen under Artemis-programmet. Krediter: SpaceX
Projektet, med titeln 'Solutions for Construction of a Lunar Base', var produkten av en nio veckor lång samarbetsstudie som var en del av ISU:s 2021 års program för rymdstudier (SSP). Denna professionella utvecklingskurs välkomnar forskarstuderande och yrkesverksamma inom alla discipliner och har en läroplan som inkluderar politik, juridik, näringsliv, humaniora, biovetenskap, ingenjörsvetenskap, fysik och rymdtillämpningar.
Som utgångspunkt övervägde teamet designen av SpaceX Lunar Starship, som företaget skickade in som en del av en NASA-tävling för att skapa en Mänskligt landningssystem (HLS) för Artemis-programmet. Detta fordon är i huvudsak en modifierad version avRymdskeppåteranvändbart rymdfordon som Elon Musk hoppas kunna använda (tillsammans medSupertungbooster raket) för att genomföra regelbundna flygningar till månen, Mars och bortom.
Som SpaceX Rymdskepp/Supertungt uppskjutningssystemet, Lunar Starship är designat för att vara fullt återanvändbart. Förutom omloppstankning kräver SpaceX:s månuppdragsarkitektur också skapandet av bränsledepåer på månen så attRymdskeppkan göra returflyget till jorden. För deras projekts skull föreslår dock ISU-teamet att användaStarship'sskrov som grunden för deras bas.
Teampresentatörerna, som delade teamets koncept på 72ndIAC, bestod av Charlotte Pouwels , João Montenegro Stefan Amberger , och Shay månad – som alla är medlemmar i ISU:s SSP21. Teamet inspirerades att skapa ett koncept som skulle möjliggöra en snabb och kostnadseffektiv konstruktion av permanent måninfrastruktur samtidigt som besättningarna kunde ta itu med utmaningarna med att leva och arbeta i månmiljön.
ESA:s månbas, som visar dess läge i Shackleton-kratern. Kredit: SOM/ESA
'Att etablera en månutpost kräver att människor har all proviant och utrustning för att försörja sig och förbli friska, åtminstone under ett räddningsuppdrag', sa hon. 'Detta skulle ta minst tre dagar när man kommer från jorden eller 7-11 dagar från Gateway. Alla livsuppehållande system och kommunikationer bör vara tillförlitliga och redundanta. Problemen som Starship-projektet tar upp är: besättningens hälsa, socialt välbefinnande, säkerhet, kommunikation, energi, termisk kontroll, strukturell tillförlitlighet och många andra.”
Planen kräver att man använderRymdskepp HLS(SS Rosas) som en beboelig volym för astronauter och byggpersonal (Rosas Base). Dessa besättningar kommer att bo i dessa livsmiljöer i två till tre månader medan de monterar infrastrukturen (med robotassistans) för en permanent mänsklig närvaro. Enligt Pouwels är den största fördelen med detta förslag att det tillåter astronauter att ta med sig sina livsmiljöer och nödvändiga förnödenheter:
'Dessa utmaningar kan övervinnas om tillräckligt med förnödenheter skulle levereras och installeras i utposten för att vara förberedda för alla situationer. Därför använder vår lösning det nuvarande toppmoderna transportfordonet – SpaceX Starship Human Landing System (HLS), som för närvarande är under utveckling.
'Vår design syftar till att använda fordonets enastående kapacitet och även dess enorma storlek för att överföra utrymmesbeprövade livsuppehållande och verksamhetskritiska system med redundans och reservdelar. Denna forskning är unik på det sättet att den inte behöver några oprövade eller teoretiska begrepp och system. Om Starship skulle lyckas kan denna livsmiljö vara i drift om mindre än fem år.'
En sida vid sida-layout av Starship HLS-basen, som visar de olika funktionerna. Kredit: SSP21
Under uppdraget var en besättningRymdskepp(SS 501) och den andra för förnödenheter (SS Rosas) kommer att flyga till månen och distribuera en serie fjärrstyrda robotar – känd som MODular RObotic Construction Autonomous System (MOROCAS) – som kommer att förvandla de tvåRymdskeppi horisontellt läge. Astronauterna kommer sedan att omvandla interiören till beboeliga volymer, lägga till flerskiktsisolering (MLI) och distribuera all nödvändig operationsutrustning. Samtidigt kommer robotarna att täcka basen i ett skyddande lager av regolit.
'Den största utmaningen med vårt koncept var att flytta fordonet till ett horisontellt läge', sa Monat. 'Medan Stjärnskeppet på jorden inte kan stödja att dess struktur är vertikal, kommer den 1/6:e gravitationen och den stora tryckskillnaden säkerligen att hjälpa till att bibehålla fordonets form. Om detta inte räcker kommer regoliten under fordonet att staplas på ett sätt som stödjer det, och ytterligare stöd kan installeras inne i livsmiljön.'
Den grundläggande layouten för den föreslagna Rosas-basen (visas ovan) är den för en livsmiljö etablerad på kanten av Shackleton-kratern, belägen i månens sydpol-Aitken-bassäng. Basen kommer att täckas av ett 5 m (16,4 fot) lager av regolit för att skydda den från strålning och mikrometeoritslag, vilket lämnar endast luftslussarna och nosluckan avtäckta för att möjliggöra åtkomst till inredningen. En av dessa luftslussar kommer att förvandlas till ett observationsdäck.
Tack vare sitt läge runt Shackleton-kratern kommer detta observationsdäck att möjliggöra en permanent vy av jorden vid månhorisonten. Basen kan också utökas med tillägg av en nod runt nosluckan, vilket gör att besättningarna kan para en livsmiljö med en annan. Interiören kommer att delas upp i tre nivåer som sträcker sig över hela fordonets längd, inklusive de sektioner som tidigare upptogs av metan- och syretankarna.
En tidslinje för skapandet av Starship HLS-månbasen. Kredit: SSP21
'Även om detta betyder att fordonet inte kommer att flyga igen, återanvänder det hela strukturen för en långsiktig livsmiljö,' sa Monat. 'Detta resulterar i en livsmiljö som är nästan 2 500 m3 i volym (2,5 gånger ISS) genom att bara använda själva fordonet, vilket frigör den användbara nyttolasten som kan användas för redundanta livsuppehållande system. Att täcka fordonet med 5 m regolit och lägga till MLI till interiören kommer att förbättra skyddet för besättningen från mikrometeoritstötar, strålning och termiskt skydd. Det är också den enklaste formen av ISRU.”
När den är färdig kommer basen att ha alla bekvämligheter den behöver för att hantera farorna med månmiljön. Skrovet, ytterligare MLI och regolitskiktet kommer att begränsa astronauternas exponering för strålning till inom acceptabla gränser – 2,5 sievert (Sv) för manliga och 1,75 Sv för kvinnliga astronauter. Astronauterna kommer att följa ett schema som begränsar deras Lunar Extravehicular Activities (LEVA) till sex timmar om dagen och upprätthåller ett rigoröst träningsprogram bestående av motstånd och högintensiv intervallträning.
Sammantaget är förslaget till Rosas-basen en del av en större konstellation av idéer för en 'Moon to Mars'-uppdragsarkitektur. Dessa uppdrag har pågått sedan mitten av 2000-talet, som en del av NASA och andra rymdorganisationer planerar att ta nästa stora steg för att säkerställa mänsklighetens framtid i rymden. För var och en av dessa planer, säger Pouwel, är det viktigt att ha en permanent månbas:
'Detta projekt ligger före sitt spel genom att använda Starship när det utvecklas men inte förlita sig på någon teknik som ännu inte har bevisats. Med återanvändbarheten och massproduktionen av Starship kan detta koncept med en månbas snabbt utökas, med många livsmiljöer som länkar samman för att skapa en månstad. Det grundläggande målet med detta koncept är att ha potentiella intäkter eller fördelar från basen inom en snar framtid.'
När Rosas-basen väl är etablerad kommer astronauterna att följa ett rigoröst schema för att säkerställa hälsa och produktivitet. Kredit: SSP21
Dessutom hoppas Pouwels och hennes kollegor att denna idé kommer att locka potentiella investeringar baserat på antalet applikationer den kan ha inom en snar framtid. De hoppas också att när en vision för en månpost har förverkligats, att detta kommer att möjliggöra flera fler kommer att följa. I detta har de utan tvekan rätt. När människor väl har etablerat sig på månen kommer möjligheter till forskning, expansion, investeringar och kommersialisering att följa.
Därifrån kommer det att vara möjligt att skicka uppdrag till Mars och andra platser i rymden. När vi väl kan etablera fotfäste även på dessa kroppar kommer drömmen om att bli en 'interplanetär art' att bli verklighet!