Планы колонизации Луны от НАСА и Европейского космического агентства требуют передовых систем жизнеобеспечения и защиты от космических лучей.
Архитектурная фирма Skidmore, Owings & Merrill известна проектированием и разработкой башни.
Бурдж-Халифа , самое высокое здание в мире.
Такие знаковые здания – одна из специализаций компании.
Но в своем нью-йоркском офисе архитекторы работают над еще более удивительным проектом — чертежами внеземных сооружений, первым подобным проектом для фирмы.
Компания разрабатывает лунную базу совместно с Европейским космическим агентством (ЕКА) и Массачусетским технологическим институтом.
Даниэль Иносенте , ведущий дизайнер, показывает чертежи и созданные компьютером изображения белых пухлых коконов, разбросанных по лунному ландшафту, соединенных переходными трубами и окруженных роботами, солнечными панелями и астронавтами, за которыми с неба наблюдает знакомый синий шар.
Эти идеи могут остаться нереализованными, но они помогают ЕКА продумать возможное будущее.
Луна предлагает много возможностей.
Ученые-планетологи хотят изучить его состав, чтобы узнать о ранней Солнечной системе и происхождении Земли.
Астрономы хотят построить радиотелескопы на ее обратной стороне.
Исследователи-медики хотят знать, как человеческое тело реагирует на длительное воздействие низкой гравитации.
Исследователи космоса хотят протестировать оборудование или произвести топливо для полетов на астероиды, Марс и за их пределы.
Разговоры об отправке людей на Луну, впервые возникшие после завершения миссии «Аполлон» в 1970-х годах, в последнее время снова набрали обороты.
В 2016 году глава ЕКА объявил о запуске программы " Лунная деревня ", намеренно расплывчатая идея, которая вдохновляет частных и государственных участников работать вместе над роботизированным и человеческим исследованием Луны.
В прошлом году восемь китайских добровольцев завершили свой эксперимент, проведя целый год на базе лунного моделирования под названием Лунный дворец 1", поскольку целью испытания систем жизнеобеспечения.
И хотя частные компании не планируют в ближайшее время отправлять людей на Луну, ракеты от SpaceX и Blue Origin могут значительно снизить стоимость такого проекта для правительств.
Несколько месяцев назад вице-президент США Майк Пенс пообещал вернуть астронавтов на Луну в течение 5 лет. Однако для расселения людей на Луне специалистам потребуется решить некоторые, мягко говоря, проблемы .
Это включает в себя выживание в суровых условиях, строительство конструкций из местных материалов, совершенствование систем жизнеобеспечения и борьбу с одним потенциально смертельным осложнением, для которого в настоящее время у нас нет решения: пылью.
Три наиболее важных фактора при определении места для лунного поселения, как вам скажет любой риэлтор, это: местоположение, местоположение и еще раз местоположение.
Skidmore, Owings & Merrill (SOM) решили, что наиболее привлекательным местом является край кратера Шеклтон недалеко от южного полюса Луны.
Имеются убедительные доказательства того, что участки поверхности в постоянной тени кратера содержат водяной лед, принесенный туда древними кометами — он пригоден для питья, приготовления пищи, мытья, создания бетона и расщепления его на водород и кислород для изготовления ракетного топлива.
Но где бы они ни решили строить, космические архитекторы и инженеры сталкиваются с ограничениями, не касающимися обычных специалистов в этой области.
На Луне, конечно, воздуха почти нет, поэтому любое жилище должно быть закрытым и герметичным.
И хотя большая часть космических камней сгорает в атмосфере Земли, поверхность Луны постоянно бомбардируется микрометеоритами.
В связи с этим структуры должны быть спроектированы для таких атак.
Гравитация примерно в 6 раз слабее земной.
Это позволяет строить удлиненные конструкции, но также требует больше точек опоры.
Из-за слабой гравитации копать сложно: давишь вниз, а тебя выдавливает вверх.
Температуры там экстремальные, поэтому дома должны быть оснащены мощными системами отопления и охлаждения, а материалы, из которых они сделаны, должны выдерживать значительные сжатия и расширения.
А еще есть проблема радиации.
Солнце постоянно испускает поток высокоскоростных протонов и электронов – солнечный ветер.
И хотя магнитное поле Земли защищает нас от большей его части, у Луны нет магнитного поля, поэтому все частицы сталкиваются с поверхностью.
Еще опаснее корональные выбросы массы Солнце.
Во время этих событий в космос выбрасываются группы протонов и электронов высоких энергий.
Сильный всплеск может достигать нескольких зиверты (зиверт — единица радиации) на поверхности Луны, чего достаточно, чтобы вызвать смерть человека, если он не сможет вернуться на Землю для трансплантации костного мозга.
И, как будто этих опасностей недостаточно, астронавты на Луне будут постоянно подвергаться бомбардировке космическими лучами, что, вероятно, увеличит у них риск заболевания раком.
Предварительно собранные жилые модули, разработанные SOM, будут заключены в обтекатели ракет.
В нью-йоркском офисе SOM Иносенте рассказывает о предложении своей фирмы печатать на 3D-принтере стены вокруг коконов лунных жилищ для защиты от смертельной радиации.
Постоянным жителям базы потребуются стены толщиной до трех метров, чтобы защитить себя от галактических космических лучей.
Доставлять с Земли тонны цемента было бы бессмысленно, поэтому космонавты будут использовать местные ресурсы – то есть использовать то, что уже есть.
В концепции SOM стены будут построены из лунного грунта, который называется реголит , так как органики там нет. Один из способов — напечатать стены на 3D-принтере либо целиком на месте, либо по кирпичикам, которые будут соединяться друг с другом во время строительства.
Некоторые космические архитекторы предлагают наслаивать цемент на основе реголита с помощью роботизированной насадки.
Но что, если жидкость в цементной смеси испарится или замерзнет до того, как цемент стены или кирпича схватится? Европейские исследователи совместно с архитектурным бюро Фостер + Партнеры исследовал возможность связывать жидкости и вводили их таким образом, чтобы предотвратить этот эффект, и напечатали участок стены с помощью симулятора реголита.
Однако тогда подрядчикам все равно придется отправлять на Луну связующий жидкость материал или специальный цементный порошок.
СОМ предпочитает выдавливать расплавленный реголит через сопло по принципу клей-расплав .
Другой подход - спекание , или нагревание реголита выше его температуры плавления, чтобы он затем плавился и затвердевал.
В одном из проектов ЕКА под названием РегоЛайт Исследователи сконцентрировали солнечный свет в мощный луч и пропустили его по поверхности имитатора реголита, спекая кирпичи слой за слоем.
Процесс был медленным, а тестовые кирпичи были слабыми, поэтому многие исследователи полагают, что микроволновое спекание с использованием микроволн или лучей для связывания пыли было бы выигрышной стратегией.
На данный момент SOM изучает вариант спекания.
Для относительно малоэтажных жилищ реголит можно просто залить металлоконструкциями (и оставить место для обслуживания).
Другой, более теоретический вариант – разместить внутри жилые модули.
лавовые трубы Луны — это большие пустые туннели, по которым когда-то текла расплавленная порода.
Реголит будет использоваться не только для защиты зданий, но и для строительства стартовых площадок и дорог.
Брент Шервуд , председатель Технического комитета космической архитектуры Американского института аэронавтики и астронавтики (AIAA), предлагает обжигать плитки из реголита в микроволновых печах.
Космические корабли, приземляющиеся на платформы, или транспортные средства, движущиеся по дорогам, вымощенным такой плиткой, будут поднимать меньше пыли.
Дороги также облегчат роботам передвижение по поверхности.
«По сути, вы хотите превратить лунную поверхность в предсказуемый заводской цех, вроде склада Amazon», — говорит он.
Ханна Лак , космический архитектор ЕКА с опытом работы в области архитектуры и текстильного дизайна, предлагает более нетрадиционное использование реголита.
Ему и его коллегам удалось расплавить искусственный реголит и растянуть его в нити, которые роботы могут обернуть вокруг металлических ферм для создания волокнистых коконов.
Жилище, полученное таким способом изготовления, можно поместить в кратер, над которым натянута паутина, поддерживающая наваленный сверху реголит. Они также использовали робота для производства миниатюрной версии этого покрытия.
В результате многие методы использования реголита, вероятно, будут переняты будущими лунными колониями.
Как будут выглядеть обитаемые лунные модули за стенами лунного реголита? Текущие рабочие проекты SOM выросли из предложений, которые инженеры делали на протяжении десятилетий, обычно для куполов или цилиндров, иногда полностью или наполовину зарытых в почву.
Космические архитекторы и инженеры вообще полагают, что первые жилища на Луне будут напоминать модули Международной космической станции (МКС).
«Технологии первого поколения немного менее сексуальны» по сравнению с научно-фантастическими изображениями, говорит он.
Хаим Бенароя , инженер-механик и аэрокосмический инженер из Университета Рутгерса, автор книги « Строительство жилищ на Луне: инженерные подходы к лунным поселениям «Первый дом будет представлять собой герметичный герметичный корпус, покрытый реголитом для защиты от радиации — по сути, закопанную консервную банку.
По словам Шервуда, работавшего над модулями для МКС вместе с Boeing, инженеры уже знают, как изготовить, испытать, запустить и отремонтировать такой модуль.
«Мы получили огромный объем знаний благодаря космической станции», — говорит он.
В конечном итоге мы можем перейти к надувным модулям, которые смогут расширяться до больших объемов, как только мы поймем, как интегрировать их с жесткими конструкциями и упаковать их, чтобы они правильно расширялись.
Компания Бигелоу Аэроспейс из Лас-Вегаса продали НАСА лицензии на строительные патенты надувной модуль , который пришвартован на МКС в 2016 году для испытаний.
И хотя сейчас он используется только как склад Бигелоу продолжает собирать данные о том, как он реагирует на изменения температуры, радиацию и столкновения с космическим мусором.
В своей работе с ЕКА SOM выбрала нечто среднее между консервной банкой и надувным воздушным шаром.
Разрабатываемый модуль имеет примерно цилиндрическую форму и высоту 9,5 метров.
Он имеет три этажа и вертикальное ядро, позволяющее жильцам перемещаться между ними.
Три надувные части соответствуют высоте модуля и увеличивают жилую площадь на каждом этаже.
Нижний уровень имеет три двери, соединяющие его с соседними модулями.
SOM пока не выбрал технологии для климатических систем, жизнеобеспечения, питания и зон отдыха персонала.
Однако общепринятая архитектурная практика раннего вовлечения пользователей в проектирование заключается в том, чтобы гарантировать, что жилище будет комфортным для проживания.
Ларри Тупс, космический архитектор НАСА, который курирует контракты на космическое жилье, говорит, что инженерам иногда нужно напоминать о пользовательском опыте.
своей продукции: например, переработка не должна проводиться рядом с камбузом.
Одна вещь, о которой SOM никогда не приходилось беспокоиться при разработке Бурдж-Халифа, — это переработка мочи.
Первая лунная система жизнеобеспечения могла бы быть «открытой», как та, что использовалась во время миссий «Аполлон»: в систему подаются кислород, пища и вода, а отходы утилизируются на месте.
К расчеты , каждому человеку потребуется от 5 до 15 тонн расходных материалов – в основном воздуха, продуктов питания и воды – в год. Однако более вероятно, что на первом этапе будет реализована система физико-химической переработки отходов, подобная той, что используется на МКС.
Космическая станция собирает мочу, сточные воды и конденсат пота и дыхания космонавтов, фильтрует все это и превращает в питьевую воду.
Сита с несколькими молекулярными уровнями (с использованием кристаллов кремнезема и оксида алюминия) удалить из воздуха CO 2 и расщепить воду электролизом на производство кислород. Проект НАСА «Система жизнеобеспечения следующего поколения» работает над новыми подходами, но «часто мы не пытаемся изобрести новую химию», говорит Молли Андерсон , главный технолог.
По сути, НАСА пытается повысить эффективность существующих систем.
Ведомству также необходимо облегчить технику, сделать ее более надежной и ремонтопригодной.
Что касается новых игрушек, команда тестирует прототипы компрессора для перезарядки кислородных баллонов в скафандрах, системы пиролиза, использующей тепло для расщепления твердых отходов на полезные элементы, а также портативных секвенаторов ДНК для отслеживания присутствия микробов на поверхностях и в воде.
.
Андерсон говорит, что на Луне проще организовать систему жизнеобеспечения, чем на МКС, хотя бы потому, что гравитация позволяет создать нормальный душ и туалет со смывом.
Следующим шагом в развитии лунных систем жизнеобеспечения станет создание биорегенеративный система, в которой организмы внутри жилья будут обеспечивать питанием персонал, очищать воздух и воду и разлагать отходы.
В рамках программы ЕКА «Альтернативная микроэкологическая система жизнеобеспечения» ( Мелисса ) проводится эксперимент, в котором три крысы и водоросли живут вместе в течение шести месяцев.
Крысы превращают кислород в CO 2 , а водоросли – наоборот. Биология может даже помочь нам в строительстве.
Лэк вырастил кирпичи из мицелия и растительных материалов и показал, что гриб выдерживает как имитацию невесомости, так и радиацию, с которой он столкнется на Луне.
Местный строительный материал потенциально может заменить реголит. Скорее всего, мы увидим гибридную систему, в которой часть еды будет привозиться с Земли.
Даже если ученые смогут генетически модифицировать все зерновые культуры, чтобы обеспечить их всеми необходимыми питательными веществами, астронавтам все равно может потребоваться разнообразная пища для поддержания здоровой пищеварительной системы.
Люди не захотят есть одно и то же каждый день, и чтобы превратить растения или водоросли в пищу, нужно приложить немало усилий.
«Мы не хотим отправлять туда астронавтов, чтобы они работали фермерами», — говорит Андерсон.
Шервуд из AIAA согласен с тем, что разнообразие необходимо, особенно если космические туристы собираются на Луну.
«Вы не сможете открыть отель, пока не сможете приготовить мартини или приготовить омлет», — говорит он.
Но мы мало что знаем о приготовлении пищи в условиях низкой гравитации.
Чтобы люди могли жить на Луне, SOM планирует создать роботизированную рабочую силу.
«Изучение, перемещение реголита, строительство, добыча ресурсов, текущее обслуживание — это все то, что нелюди умеют делать лучше всего», — говорит Шервуд. SOM ожидает, что роботы построят жилые помещения и, возможно, модуль для производства продуктов питания, а также построят стены из реголита до прибытия первых жителей.
Однако одна проблема может быть смертельной как для людей, так и для машин: пыль.
За миллиарды лет бомбардировка микрометеоритами стерла поверхностный слой Луны, создав пыль из острых и гладких осколков там, где нет ни воздуха, ни воды, способных сгладить их края.
Около 10-20% массы верхнего слоя реголита Луны.
состоит из частиц размером менее 20 микрон, что сравнимо с мелким тальком.
эти частицы электростатически заряженный солнечным ветром, поэтому они образуют взвешенную смесь и прилипают ко всему, и они слишком малы, чтобы их можно было заметить.
Во время миссий «Аполлон» всего за несколько часов ходьбы по Луне пыль забивала гусеницы ботинок, изношенные скафандры, царапала линзы, разрушала автомобили, засоряла воздушные фильтры, раздражала глаза и носы астронавтов.
При вдыхании он может даже вызвать рак.
СОМ предлагает оборудовать пылеулавливающие помещения при входах в дома, но даже если удастся сделать внутренние помещения абсолютно чистыми, это не предотвратит деградацию внешнего оборудования.
«Мы знаем, из чего сделан реголит и почему он такой, какой он есть, — говорит Шервуд, — но никто не имеет ни малейшего представления, как спроектировать надежную систему в таких условиях».
Добраться до Луны сложно, а остаться там еще труднее.
Но если инженеры и архитекторы смогут преодолеть все препятствия, нас ждет совершенно новый мир возможностей.
Теги: #Космонавтика #луна #Будущее уже здесь #колонизация Луны #лунная база #лунная база альфа
-
Обзор Системы Bpm'online
19 Oct, 24 -
Морской Бой За 25 Мс
19 Oct, 24 -
Youtube Присваивает Пользовательский Контент
19 Oct, 24 -
Хранилище Windows Azure — Архитектура
19 Oct, 24
