Den välkända arkitektbyrån Skidmore, Owings &Merrill, upphovsman till många av världens högsta skyskrapor, har arbetat på en ännu mer utmanande design:en livsmiljö för en framtida Moon Village. Deras förslag har genomgått en rigorös granskning av ESA-experter vid byråns uppdragsutvärderande Concurrent Design Facility.

Denna granskningsprocess flaggade för olika problem men hittade inga stopp – vilket betyder något som liknar företagets innovativa, semi-uppblåsbar struktur för fyra personer kan mycket väl hamna på månens yta under kommande år.

Skidmore, Owings &Merrill (SOM) rådfrågade fakulteten vid MIT:s institution för flyg- och astronautik samt ESA om deras studie av livsmiljödesign. Den var inspirerad av ESA:s generaldirektör Jan Wörners vision om en internationell Moon Village utvecklad genom en allians av privata och offentliga, rymd- och icke-rymdpartners.

Arbetet med studien påbörjades 2018, men i år genomgick habitatets designritning en sex-sessionsstudie vid ESA:s Concurrent Design Facility (CDF). Beläget i byråns tekniska hjärta, i Noordwijk, Nederländerna, CDF samlar ett nätverk av rymdspecialister för att utföra snabba utvärderingar av nya uppdragskoncept och skapa fungerande ritningar.

"Värdet med dessa CDF-sessioner är att de kan köra vår design förbi varje expert som behövs i realtid, säger Daniel Inocente, studieledare på SOM. "Det har varit en fantastisk upplevelse eftersom vi har kunnat upptäcka de begränsande faktorerna som är involverade i att designa för månen på kort tid, ta med dem och identifiera potentiella svar."

"Denna studie ser tydligt in i framtiden, bortom horisonten för för närvarande planerade månutforskningsaktiviteter, " förklarar Advenit Makaya, studieledare på ESA. "Men det har varit en mycket intressant övning för de olika ESA-experterna, att samarbeta med arkitekturexperter, att identifiera och ta itu med drivkrafterna och sätten på vilka denna innovativa design skulle kunna användas på månen."

"Samarbetet kring detta projekt, som kombinerar bästa idéer och expertis från SOM och ESA:s experter, är ett mycket bra exempel på hur ESA inte bara vill utveckla framtida program, men också att vara en möjliggörare för andra initiativ som bidrar till det gemensamma bästa, " kommenterar Isabelle Duvaux-Béchon, från ESA:s Policy and Programs Coordination Department.

Uppblåsbarhet för maximalt utrymme i rymden

Med den uppblåsbara BEAM-modulen som för närvarande är ansluten till den internationella rymdstationen som utgångspunkt, SOM har designat en semi-uppblåsbar skalstruktur för att erbjuda högsta möjliga volym/massaförhållande. När den väl har blåsts upp på månens yta, den skulle nå ungefär dubbelt så mycket som sin ursprungliga inre volym.

Daniel förklarar:"På insidan tänkte vi hårt på den mänskliga upplevelsen, när det gäller ljusförhållanden, flexibel arkitektur som kan konfigureras om efter behov, och även högt golv till tak – månens en sjättedel G betyder att besättningsmedlemmar kan nå upp mycket högre, och vi uppmuntrar att använda gripstänger och andra enkla hjälpmedel. Den pensionerade NASA-astronauten Jeffrey Hoffman, Professor vid MIT:s institution för flyg- och astronautik, gav oss feedback om att förbättra boende- och arbetsutrymmet från hans personliga erfarenhet."

Dess valda plats har beskrivits som den mest önskvärda fastigheten i solsystemet:kanten av Shackleton-kratern bredvid månens sydpol. Undviker de förlamande temperaturextrema under månens tvåveckorsdagar och nätter, denna plats erbjuder nästan kontinuerligt solljus för solenergi, en pågående vy av jorden och tillgång till månens vattenisavlagringar i intilliggande permanent skuggade kratrar.

Den fyra våningar höga livsmiljön skulle blåsas upp antingen lokalt av astronauter eller via rovers som teleopererades från Gateway-stationen runt månen. Den skulle hålla sin besättning på fyra personer vid liv och bekväm i upp till 300 dagar åt gången.

Fara:strålning

Ursprungligen planerades designen för en vistelse på 500 dagar, men detta mål var tvungen att omprövas på grund av en av de mest utmanande restriktionerna för livet på månen:strålning. Eftersom månen är långt utanför jordens skyddande magnetiska sköld under större delen av sin omloppsbana är den utsatt för joniserande strålning från solen och rymden.

"CDF-strålningsanalysen gav oss en bättre indikation på exponerings- och varaktighetsgränser, så vi var tvungna att ändra vårt baslinjemål, " kommenterar Daniel.

"Liknande, från början planerade vi att ha besättningskvarteren på en övre våning, men flyttade den till en lägre nivå, att fungera som besättningens skydd mot solstormar. Denna nivå skulle också lagra vårt livsuppehållande system, ger extra strålskydd. Det finns också möjlighet att fodra strukturen med månmaterial eller annat lokalt anskaffat vatten, för att öka besättningens skydd ytterligare."

Hålla besättningar vid liv och må bra

Med ett öga på framtiden, habitatet kombinerar traditionella livsuppehållande system med regenerativa slutna system, arbetat på genom ESA:s långvariga MELiSSA-program, med den extra fördelen att maten kan odlas på plats.

Livsmiljöns energibehov - uppskattat till 60 kilowatt från ISS erfarenhet - skulle uppfyllas med antingen en intilliggande solkraftspark eller en ytutplacerad fissionsreaktor.

Lika viktiga skulle vara radiatorerna, behövs för att släppa spillvärme och bibehålla en behaglig innertemperatur på 22°C. CDF-teamet, bygger på tidigare erfarenheter av ESA:s kometjagare Rosetta, föreslog att man skulle lägga till stängbara "galler" för att kontrollera radiatorens emissivitet under korta men kyliga polarnätter.

Alternativ för landning och start

En annan viktig designdrivkraft är att minimera kontakten med klängiga, slipande måndamm. Som Daniel förklarar:"Vi skulle faktiskt landa livsmiljön ganska långt från dess slutdestination och transportera den på plats över land, eftersom lander touchdown kommer att driva upp mycket damm, som är skadligt för både människor och utrustning. Och livsmiljön skulle samverka med separata luftslussskal ägnade åt att damma av rymddräkter och utrustning, för att verkligen minska mängden damm i livsmiljön."

En av de största utmaningarna som CDF flaggade är faktiskt att nå dit. livsmiljön, inklusive all dess förmonterade interna utrustning, skulle ha en massa som överstiger 58 ton, vilket skulle ligga utanför räckvidden för nuvarande bärraketer.

Daniel tillägger:"Om man ser bortom den närmaste tiden, vi övervägde två alternativ, en av dessa är NASA:s kommande rymduppskjutningssystem, och den andra är SpaceX:s Starship, som inte skulle ha några problem med våra massbehov men fortfarande är i ett tidigt utvecklingsstadium."

När den första livsmiljön är på plats, SOM-teamet planerar ytterligare moduler som ansluter sig i sin tur, anpassad för specifika funktioner som forskning, tillverkning, matkultur och turism – vilket gör att basen kan expandera till en by, sedan så småningom en stad.

Som Daniel avslutar:"Vi arbetade bara på Moon Village deltid, men projektet har informerat vårt tänkande om stora markbyggnader som skyskrapor och flygplatser på både ett kvalitativt och kvantitativt sätt. På jorden är kraven inte så absoluta som rymden, men erfarenheten erbjuder sätt att förbättra våra designmetoder, som att välja material, integrerad byggnadsteknik och minimera miljöpåverkan.

"Och ansträngningen att utforma denna livsmiljö är användbar i sig. Det skulle vara extremt kostsamt att bygga, tekniskt utmanande men det är tänkbart med tanke på förbättringstakten inom teknik och ingenjörskonst och ger oss ett mål att sträva efter – precis som att planera att bygga nästa, högsta skyskrapan eller planerar en framtidsstad på jorden."