Gerenommeerd architectenbureau Skidmore, Owings &Merrill, grondlegger van veel van 's werelds hoogste wolkenkrabbers, heeft gewerkt aan een nog uitdagender ontwerp:een habitat voor een toekomstig Moon Village. Hun voorstel is grondig onderzocht door ESA-experts in de missie-evaluerende Concurrent Design Facility van het Agentschap.

Dit beoordelingsproces bracht verschillende problemen aan het licht, maar vond geen showstoppers, wat inhoudt dat er iets lijkt op de innovatieve, een semi-opblaasbare structuur voor vier personen zou in de komende jaren wel eens op het maanoppervlak kunnen belanden.

Skidmeer, Owings &Merrill (SOM) overlegde met de faculteit van het MIT's Department of Aeronautics and Astronautics en met ESA over hun studie naar het ontwerp van hun habitat. Het werd geïnspireerd door de visie van ESA-directeur-generaal Jan Wörner van een internationaal Moon Village, ontwikkeld door een alliantie van private en publieke, ruimte- en niet-ruimtepartners.

Het werk aan de studie begon in 2018, maar dit jaar onderging de ontwerpblauwdruk van de habitat een studie van zes sessies bij ESA's Concurrent Design Facility (CDF). Gelegen in het technische hart van het Agentschap, in Noordwijk, Nederland, de CDF brengt een netwerk van ruimtespecialisten samen om snelle evaluaties van nieuwe missieconcepten uit te voeren en werkbare blauwdrukken te creëren.

"De waarde van deze CDF-sessies is dat ze ons ontwerp in realtime langs elke expert kunnen leiden die nodig is, " zegt Daniël Inocente, studieleider bij SOM. "Het was een geweldige ervaring omdat we in korte tijd de beperkende factoren hebben ontdekt die betrokken zijn bij het ontwerpen voor de maan, neem die mee en identificeer mogelijke reacties."

"Deze studie kijkt duidelijk in de toekomst, voorbij de horizon van de momenteel geplande maanverkenningsactiviteiten, " legt Advenit Makaya uit, studieleider bij ESA. "Maar het was een zeer interessante oefening voor de verschillende ESA-experts, samenwerken met architectuurexperts, om de drijfveren en manieren te identificeren en aan te pakken waarop dit innovatieve ontwerp op de maan kan worden ingezet."

"De samenwerking aan dit project, de beste ideeën en expertise van de SOM- en de ESA-experts combineren, is een heel goed voorbeeld van hoe ESA niet alleen toekomstige programma's wil ontwikkelen, maar ook om een ​​aanjager te zijn voor andere initiatieven die bijdragen aan het algemeen welzijn, " zegt Isabelle Duvaux-Béchon, van de afdeling Beleid en Programma's Coördinatie van ESA.

Opblaasbaarheid voor maximale ruimte in de ruimte

Met de opblaasbare BEAM-module die momenteel aan het internationale ruimtestation is bevestigd, SOM heeft een semi-opblaasbare schaalstructuur ontworpen om de hoogst mogelijke verhouding tussen volume en massa te bieden. Eenmaal opgeblazen op het maanoppervlak, het zou ongeveer het dubbele van zijn oorspronkelijke interne volume bereiken.

Daniel legt uit:"Van binnen hebben we goed nagedacht over de menselijke ervaring, op het gebied van lichtomstandigheden, flexibele architectuur die indien nodig opnieuw kan worden geconfigureerd, en ook een hoge ruimte van vloer tot plafond - maan een zesde G betekent dat bemanningsleden veel hoger kunnen reiken, en we moedigen dat aan met behulp van grijpstangen en andere eenvoudige hulpmiddelen. Gepensioneerde NASA-astronaut Jeffrey Hoffman, Professor aan het MIT's Department of Aeronautics and Astronautics, gaf ons feedback over het verbeteren van de woon- en werkruimte vanuit zijn persoonlijke ervaring."

De gekozen locatie is beschreven als het meest gewilde onroerend goed in het zonnestelsel:de rand van de Shackleton-krater naast de zuidpool van de maan. Het vermijden van de verlammende extreme temperaturen van de twee weken durende dagen en nachten van de maan, deze locatie biedt bijna continu zonlicht voor zonne-energie, een doorlopend beeld van de aarde en toegang tot maanwaterijsafzettingen in aangrenzende permanent beschaduwde kraters.

De vier verdiepingen tellende habitat zou ofwel lokaal worden opgeblazen door astronauten of anders via rovers die vanuit het Gateway-station rond de maan worden bediend. Het zou zijn vierkoppige bemanning tot 300 dagen lang in leven en comfortabel houden.

Gevaar:straling

Oorspronkelijk was het ontwerp gepland voor een verblijf van 500 dagen, maar dit doelwit moest opnieuw worden onderzocht vanwege een van de meest uitdagende beperkingen van het leven op de maan:straling. Omdat de maan zich voor het grootste deel van zijn baan ver buiten het beschermende magnetische schild van de aarde bevindt, is hij onderhevig aan ioniserende straling van de zon en de verre ruimte.

"De CDF-stralingsanalyse gaf ons een betere indicatie van blootstellings- en duurlimieten, dus moesten we ons basisdoel veranderen, ", reageert Daniël.

"Evenzo, aanvankelijk waren we van plan om de bemanningsverblijven op een bovenverdieping te hebben, maar verplaatste het naar een lager niveau, om te verdubbelen als schuilplaats voor de bemanning tegen zonnestormen. Dit niveau zou ook ons ​​levensondersteunende systeem opslaan, zorgen voor extra stralingsafscherming. Er is ook de mogelijkheid om de structuur te bekleden met maanmateriaal of anders lokaal gewonnen water, om de bescherming van de bemanning nog verder te vergroten."

Bemanningen in leven houden

Met het oog op de toekomst, de habitat combineert traditionele levensondersteunende systemen met regeneratieve gesloten-lussystemen, gewerkt via het langlopende MELiSSA-programma van ESA, met als bijkomend voordeel dat het voedsel in-situ kan worden gekweekt.

De stroombehoefte van de habitat - geschat op 60 kilowatt op basis van ISS-ervaring - zou worden vervuld met behulp van een aangrenzend zonne-energiepark of een op het oppervlak geplaatste splijtingsreactor.

Even belangrijk zijn de radiatoren, nodig om afvalwarmte af te voeren en een comfortabele interne temperatuur van 22°C te behouden in de hemdsmouwen. Het CDF-team, voortbouwend op eerdere ervaringen met ESA's Rosetta-komeetjager, stelde voor om afsluitbare 'louvres' toe te voegen om de emissiviteit van de radiator te regelen tijdens korte maar kille poolnachten.

Opties voor landing en launcher

Een andere belangrijke drijfveer voor het ontwerp is het minimaliseren van contact met plakkerige, schurend maanstof. Zoals Daniel uitlegt:"We zouden het leefgebied in feite op behoorlijke afstand van zijn eindbestemming landen en het over land naar zijn plaats vervoeren, omdat de landing van de lander veel stof zal opdrijven, wat schadelijk is voor zowel mensen als apparatuur. En de habitat zou een interface vormen met afzonderlijke luchtsluisgranaten die bestemd zijn voor het afstoffen van ruimtepakken en uitrusting, om de hoeveelheid stof in de habitat echt te verminderen."

Een van de grootste uitdagingen die de CDF noemde, is om er daadwerkelijk te komen. het leefgebied, inclusief al zijn voorgemonteerde interne apparatuur, een massa van meer dan 58 ton zou hebben, die buiten het bereik van de momenteel in gebruik zijnde draagraketten zouden vallen.

Daniel voegt toe:"Als we verder kijken dan de korte termijn, we hebben twee opties overwogen, een daarvan is NASA's aanstaande Space Launch System launcher, en de andere is het ruimteschip van SpaceX, die geen moeite zou hebben met onze massa-eisen, maar zich nog in een vroeg ontwikkelingsstadium bevindt."

Zodra de eerste habitat is geplaatst, het SOM-team overweegt aanvullende modules die er beurtelings bij komen, aangepast voor specifieke functies zoals onderzoek, productie, eetcultuur en toerisme - waardoor de basis kan uitbreiden tot een dorp, dan uiteindelijk een stad.

Zoals Daniel concludeert:"We werkten alleen parttime aan de Moon Village, maar het project heeft ons zowel kwalitatief als kwantitatief geïnformeerd over grote terrestrische gebouwen zoals wolkenkrabbers en luchthavens. Op aarde zijn de eisen niet zo absoluut als de ruimte, maar de ervaring biedt manieren om onze ontwerpmethodologieën te verbeteren, zoals materiaalkeuze, geïntegreerde bouwtechnologieën en het minimaliseren van de milieueffecten.

"En de inspanning om deze habitat te ontwerpen is op zichzelf al nuttig. Het zou extreem duur zijn om te bouwen, technisch uitdagend, maar het is denkbaar gezien de snelheid van verbetering in technologie en engineering en biedt ons een doel om naar te streven - net als plannen om de volgende te bouwen, hoogste wolkenkrabber of het plannen van een terrestrische stad van de toekomst."