Будущая колонизация Солнечной системы невозможна без создания новых баз. И вероятным ключом для их создания являются надувные модули. Человечество уже давно экспериментирует с ними, но до сих пор к их функциональности есть вопросы.
Надувная техника на пороге «бума»
Инженеры уже давно ищут способы создания недорогих, но надежных помещений для жизни и работы в космосе. Одним из решений, которое было предложено еще несколько десятилетий назад, являются надувные или раскладные модули.
При всей простоте идеи реализовать ее удалось только в XXI веке благодаря новаторской работе Роберта Бигелоу и его команды в компании Bigelow Aerospace, базирующейся в Лас-Вегасе.
Компания построила два беспилотных свободнолетающих расширяемых прототипа модулей, которые были запущены на околоземную орбиту в 2006 и 2007 годах в рамках программы Genesis. Они до сих пор кружат вокруг земного шара. Опираясь на отмененную NASA программу TransHab, предприятие Bigelow Aerospace было творческим центром, который развивал технологию расширяющихся космических модулей.
Результаты их труда сейчас используются на Международной космической станции (МКС). Расширяемый модуль активности Bigelow, или сокращенно BEAM, прибыл на МКС и по сей день остается присоединенным к ее модулю Tranqility.
Bigelow Aerospace и ее новаторская работа над расширяющимися модулями включала использование запатентованных расширений из защитной ткани Vectran, более прочной альтернативы кевлару. Это — высокоэффективное жидкокристаллическое полимерное волокно, которое имеет лучшие характеристики по сравнению с кевларом. И хотя компания прекратила свое существование еще в 2020 году, ее наработки используются до сих пор.
Раскладные конструкции
Сегодня несколько ведущих фирм работают над созданием космических расширяемых конструкций, например, новый стартап Max Space, который работает над надувными жилыми помещениями для орбиты Земли, Луны и Марса.
Sierra Space также участвует в этом проекте, разрабатывая среду обитания под названием Large Integrated Flexible Environment (LIFE). Аналогично, Lockheed Martin испытывает концепции надувных конструкций, которые имеют преимущества над цельнометаллическими аналогами.
Каждая группа рассматривает многообещающий потенциал расширяемой технологии. И каждая компания имеет свой собственный «секретный соус», заложенный в их продукцию.
Мегаструктуры Max Space
«Будущее космоса ограничено пространством», — объясняет Максим де Йонг, соучредитель компании Max Space, базирующейся в Джексонвилле (штат Флорида), с конструкторскими офисами в Ванкувере (Канада).
Де Йонг не впервые работает с расширяемыми космическими конструкциями, он разработал герметичные корпуса Bigelow’s Genesis 1 и 2 — первых космических аппаратов на орбите, в которых была успешно применена надувная архитектура большого объема, выдерживающая высокие нагрузки.
«Мы готовимся к первому полету в 2026 году», — сказал де Йонг в интервью Space.com. Группа недавно провела успешные испытания новой конструкции щита для защиты от космического мусора. «Это настоящий дискриминатор прогресса, учитывая, насколько сложной с точки зрения дизайна, времени и стоимости является разработка противоосколочного щита», — подытожил де Йонг.
Цель Max Space — к 2030 году создать семейство масштабируемых космических сред обитания объемом от 20 м3 до 100 м3 и до 1000 м3. Существует потенциал масштабирования до 10 000 м3 мегаструктур, которые можно будет запускать в космос за один полет, используя мегаракету Starship компании SpaceX или New Glenn компании Blue Origin, как только они будут запущены.
Больший объем и меньшая масса
Эксперты Lockheed Martin объясняют, что надувные конструкции обеспечивают больший объем при меньшей массе. Это означает, что большие объемы, пригодные для проживания, могут быть запущены в космос и спрятаны внутри обтекателей полезного груза разумного размера.
Недавно блок Pathfinder, созданный для использования в качестве шлюзовой камеры, прошел проверку на герметичность и разгерметизацию. Конструкция шлюзового отсека прошла несколько циклов, чтобы оценить факторы «ползучести» материала Vectran, из которого она изготовлена.
Lockheed Martin в партнерстве с Центром космических полетов имени Маршалла NASA в Алабаме инициировала 100-часовое испытание на «ползучесть», во время которого на блок мягких материалов давили до определенного процента от предельного давления разрыва 285 фунтов на квадратный дюйм (PSI) и выдерживали его под этим давлением до тех пор, пока в результате ползучести не произошел разрыв. Ползучесть — это постоянная деформация материала.
Дуонг и его коллеги присматриваются к большим надувным средам обитания для использования на Луне и Марсе, а также на низкой околоземной орбите.
Создание модулей в Sierra Space
Шон Бакли — вице-президент по космическим направлениям и космической инфраструктуре в компании Sierra Space в Луисвилле (штат Колорадо). Ранее он был ключевым архитектором BEAM в Bigelow Aerospace.
Сейчас в Sierra Space Бакли и его команда заняты работой над средой обитания LIFE, разрабатывая план эволюции продукта, который может привести к созданию модуля объемом 5000 м3, расширяющегося до более чем 22 м в длину и 19 м в диаметре.
Первый продукт в дорожной карте Sierra Space — это большая трехэтажная расширяемая конструкция диаметром 27 футов (более 8 м). Она может быть выведена на околоземную орбиту обычной ракетой, оборудованной для размещения четырех астронавтов, с «просторным» помещением для научных экспериментов, тренажерным залом, медицинским центром и специальной теплицей, в которой выращивают еду для исследователей во время длительных миссий.
«Чуть больше чем за 2,5 года мы смогли построить и протестировать семь изделий, а сейчас работаем над восьмым. Мы движемся быстрыми темпами, — сказал Бакли в интервью Space.com. — Технология действительно набирает обороты, и мы движемся очень быстро».
Предназначение надувных систем
Надувные системы построения жилья «играют роль одного из инструментов в нашем арсенале для расширения, так сказать, человеческих космических полетов на новые рынки и миссии», — сказал Брент Шервуд, известный космический архитектор и руководитель космической отрасли в Американском институте аэронавтики и астронавтики. В прошлом он занимал должность старшего вице-президента по развитию космических систем в компании Blue Origin.
«Как и все инструменты, их лучше всего использовать для узкоспециализированных целей, — сказал Шервуд в интервью Space.com. — Расширяемые конструкции могут найти особое применение в качестве элементов соединения. Например, на поверхности Луны довольно скоро нам понадобятся физически совместимые способы соединения отдельных жилых модулей».
По словам Шервуда, небольшое соблюдение требований может значительно упростить общую архитектуру системы. Поэтому, возможно, одним из лучших вариантов использования являются сравнительно небольшие соединительные элементы, а не цель сделать большие модули большими.
«В конце концов, нам придется научиться изготавливать сверхбольшие емкости под давлением в космосе, но до того нам нужно будет многое сделать для роста рынка и проверки», — подытожил Шервуд.
По материалам www.space.com
