Het verleden, heden en de toekomst van opblaasbare ruimtehabitats

By | January 31, 2024

Onlangs explodeerde een prototype van een opblaasbare ruimtestationmodule, gebouwd door Sierra Space, met geweld op een testopstelling bij NASA’s Marshall Space Flight Center in Alabama. Onder normale omstandigheden zou dat een slechte zaak zijn. Maar in dit geval keek Sierra ernaar uit haar werk op te blazen. Er was zelfs enige teleurstelling toen het tijdens een eerdere testrit niet ontplofte.

LIFE-module barsttest

Dat komt omdat het team van Sierra op zoek was naar de ultieme druk van de Large Integrated Flexible Environment (LIFE)-module met een diameter van 8,2 meter (26,9 voet) – een real-world demonstratie van hoeveel lucht zich voorheen in de lucht uitbreidde. De structuur kon worden gepompt en het kromp. NASA adviseerde te schieten op iets minder dan 61 PSI, wat vier keer de verwachte werkdruk zou zijn voor een bemande habitatmodule.

Toen het LIFE-prototype op ware grootte uit elkaar viel, had het een interne druk van 77 PSI. De resultaten tot nu toe lijken buitengewoon veelbelovend, maar Sierra zal de test nog minstens twee keer moeten herhalen om ervoor te zorgen dat de materialen en constructietechnieken bestand zijn tegen de ontberingen van de ruimtevaart.

Sierra mikt op een ruimtetest op zijn vroegst in 2026, maar zelfs als de datum vaststaat (altijd een twijfelachtig vooruitzicht bij baanbrekende lucht- en ruimtevaartprojecten), zullen ze nog steeds zo’n twintig jaar te laat zijn met het feest. Hoe futuristisch het idee van opblaasbare ruimtestations ook mag lijken, NASA begon al in de jaren negentig te experimenteren met het concept van uitbreidbare habitatmodules, en begin jaren 2000 werden praktische voorbeelden in een baan om de aarde gebracht.

NASA TransHab

Toen NASA de plannen afrondde voor wat nu het Internationale Ruimtestation is, werd het duidelijk dat de meeste componenten van het rondcirkelende complex in het laadruim van de Space Shuttle zouden moeten passen. In de praktijk betekende dit dat de stationsmodules grotendeels cilindrisch moesten zijn en niet langer dan ongeveer 18 meter (60 voet). Deze parameters op zichzelf waren geen bijzonder moeilijke parameters, aangezien eerdere Amerikaanse en Sovjet-ruimtestations met soortgelijke beperkingen werden geconfronteerd als gevolg van hun respectievelijke lanceervoertuigen. Het lastige was dat de laadruimte van de shuttle slechts 4,6 meter breed was.

Hierdoor werden modules mogelijk die iets breder waren dan voorheen MijHet was een aanzienlijke downgrade vergeleken met Skylab’s Orbital Workshop-module met een diameter van 6,6 m (21,6 ft). Omdat dit een potentieel langetermijnprobleem was, gingen NASA-ingenieurs over op een idee dat oorspronkelijk was bedacht voor een theoretische missie naar Mars: een opblaasbare habitatmodule die in de laadruimte van de shuttle kon worden gepakt en vervolgens kon worden uitgebreid tot de uiteindelijke grootte van 8 meter (26 ft). ) in een baan om de aarde en gevuld met lucht.

De voorgestelde module, genaamd TransHab, zou worden opgedeeld in meerdere dekken die woon- en werkruimtes voor de astronauten zouden bieden, evenals voldoende opslagruimte. Er zouden zes individuele bemanningshutten zijn geweest, een speciale trainingsruimte, medische voorzieningen, een volledig uitgeruste keuken en een grote eettafel die gebruikt kon worden voor vergaderingen of groepsmaaltijden.

Helaas kreeg NASA vanwege vertragingen en kostenoverschrijdingen in het algemene programma van het Internationale Ruimtestation in 2000 de opdracht het onderzoek en de ontwikkeling van opblaasbare modules zoals TransHab stop te zetten. In plaats daarvan werd begonnen met de bouw van een eenvoudiger woonmodule die in de shuttle zou passen, maar ironisch genoeg werd ook dit uiteindelijk geannuleerd.

Zelfs vandaag de dag is er geen officiële ‘habitat’-module op het ISS; in plaats daarvan zijn voorzieningen voor slapen, eten en bewegen verspreid over het ruimtestation.

Bigelow-luchtvaart

Terwijl House Resolution 1654 NASA verbood om aan zijn eigen opblaasbare stationmodules te werken, bevatte het wetsvoorstel een tekst waarin stond dat het ruimteagentschap zo’n module kon leasen als deze door de particuliere industrie zou worden gebouwd. Nadat ondernemer Robert Bigelow hoorde van de annulering van TransHab, nam hij contact op met het ruimteagentschap en kon hij via zijn bedrijf Bigelow Aerospace de noodzakelijke rechten veiligstellen om het onderzoek dat al aan opblaasbare modules was uitgevoerd, te commercialiseren.

De ontwikkeling van TransHab was op dat moment grotendeels conceptueel, en Bigelow Aerospace besteedde de daaropvolgende jaren aan het omzetten van NASA’s ideeën in een praktisch testartikel. Eén van de verbeteringen die zij aanbrachten was de toevoeging van Vectran aan de opblaasbare structuur. Deze synthetische vezel is twee keer zo sterk als Kevlar en is gesponnen uit een vloeibaar kristalpolymeer en werd eerder gebruikt in airbags die dit mogelijk maakten verkenner Veilig landen op Mars in 1997.

Genesis I

In 2006 had Bigelow Aerospace het oorspronkelijke concept van NASA zo ontwikkeld dat ze klaar waren om een ​​werkend prototype te lanceren.

De Genesis I De module was 4,40 m (14,4 ft) lang en nam toe van de oorspronkelijke diameter van 1,60 m (5 ft 3 in) bij de lancering tot 2,54 m (8 ft 4 in) in één operatie, die ongeveer 10 seconden duurde. De zonnepanelen leverden stroom voor diagnostische systemen aan boord en meer dan een dozijn camera’s die de luchtdruk zowel binnen als buiten de module registreerden.

Het apparaat is ontworpen voor een gebruiksduur van zes maanden Genesis I De module stuurde twee en een half jaar lang gegevens naar Bigelow Aerospace voordat hij uiteindelijk uitviel. Hoewel de systemen aan boord stopten met het verzenden van nuttige gegevens, bleef de structuur zelf volledig intact en waren er geen tekenen van drukverlaging of andere beschadigingen.

Momenteel, Genesis I blijft in een stabiele baan van 463 x 471 km (287 x 292 mijl) met een helling van 64,5 ° en wordt gecatalogiseerd als NORAD 9252 en COSPAR 2006-029A.

Genesis II

Na het succes van hun eerste prototypemodule lanceerde Bigelow Aerospace Genesis II een jaar later, in 2007. Deze tweede module was extern en mechanisch grotendeels identiek, maar bevatte nog meer camera’s, reactiewielen waardoor de module beter in de ruimte kon worden georiënteerd, een verbeterd gasopblaassysteem en een verbeterde reeks sensoren.

Net als zijn voorganger heeft Genesis II gegevens gedurende meer dan twee jaar verzonden en blijft hij in een zeer vergelijkbare baan van 452 x 505 km (280 x 314 mijl). Het is gecatalogiseerd als NORAD 31789 en COSPAR 2007-028A.

Bigelow uitbreidbare activiteitsmodule (BEAM)

Na bijna een decennium van ontwikkeling voorzag Bigelow Aerospace NASA in 2016 eindelijk van een opblaasbare ISS-module. Het ruimteagentschap betaalde 17,8 miljoen dollar voor de module en deze werd afgeleverd bij het ruimtestation in de drukloze kofferbak van een SpaceX Dragon. Van daaruit werd de Canadarm2-robotarm gebruikt om BEAM aan de achterpoort van de te bevestigen Rustig Module.

BEAM-uitbreiding vordert gedurende zeven uur.

In tegenstelling tot Tweelingen Genesis BEAM-modules kunnen zowel de lengte als de diameter vergroten. In de slurf van de draak was hij 2,16 m lang en 2,36 m in diameter. Na een expansieproces van zeven uur was het 4,01 m lang en 3,23 m in diameter.

Een volledig ontwikkelde opblaasbare module zou interne uitrusting en uitrusting hebben omvat, maar aangezien het een testartikel was, was het interieur van BEAM in wezen gewoon een open ruimte. Na een jaar lang de module te hebben gemonitord, werd besloten deze te gebruiken voor opslag en werd het interieur van BEAM voorzien van stoffen zakken. Na een technische beoordeling in 2019 besloot NASA dat de module in ieder geval tot 2028 aan het ISS verbonden zou blijven.

ESA-astronaut Paolo Nespoli in de BEAM

Helaas heeft Bigelow Aerospace in maart 2020 al zijn werknemers ontslagen en stopte het bedrijf in 2021 volledig met zijn activiteiten. Hoewel er nooit een officiële aankondiging is gedaan, wordt het bedrijf nu als opgeheven beschouwd.

Sierra-ruimte

Na het vertrek van Bigelow Aerospace is Sierra Space uitgegroeid tot de nieuwe marktleider op het gebied van uitbreidbare ruimtevaartconstructies. Het bedrijf, in 2021 afgesplitst van de Sierra Nevada Corporation, richt zich vooral op de ontwikkeling van niet alleen de Large Integrated Flexible Environment (LIFE) -module, maar ook op het Dream Chaser-ruimtevliegtuig. Het einddoel is verticale integratie: de Dream Chaser brengt bemanning en vracht naar een ruimtestation dat bestaat uit LIFE-modules.

Sierra’s meerlaagse opblaasbare technologie omvat een “Restraint Layer” van Vectran, waarvan het bedrijf zegt dat de modules harder zijn dan staal wanneer ze volledig zijn opgeblazen. Ze hebben ook een manier ontwikkeld om openingen, zoals ramen of luchtsluizen, in de opblaasbare wanden van de module te creëren, terwijl ze toch de drukniveaus overschrijden die vereist zijn voor NASA-certificering. Deze mogelijkheid belooft de potentiële functionaliteit van opblaasbare modules, die voorheen alleen waren uitgerust met openingen aan beide uiteinden van de cilindrische structuur, aanzienlijk uit te breiden.

Elke laag van de opblaasbare structuur heeft een specifieke functie.

De module die Sierra Space onlangs destructief heeft getest, was een prototype op ware grootte van wat het bedrijf LIFE 1.0 noemt: een structuur met een opgeblazen volume van 300 m³, een lengte van 6 m (19,6 voet) en een diameter van 9 m (29,5 voet). ). en kan worden gelanceerd in een standaard kuip met een laadvermogen van 5 m (16,4 ft). Dit zou het compatibel maken met raketten zoals de SpaceX Falcon 9 en de onlangs onthulde Vulcan van United Launch Alliance.

De volgende evolutie zal LIFE 2.0 zijn, waarbij de lengte van de module wordt verdubbeld tot 12 m (39,3 ft) om een ​​opgeblazen volume van 600 m³ te bereiken met behoud van dezelfde diameter om compatibel te blijven met de huidige draagraketten. Sierra Space heeft ook langetermijnplannen voor een LIFE 3.0, een enorme module van 1440 m³ die een groter bruikbaar volume zou hebben dan het hele internationale ruimtestation. Met een lengte van 16,2 m (53 ft), een opgeblazen diameter van 11 m (36 ft) en een pakketdiameter van 7 m (23 ft), zou het vervoeren van LIFE 3.0 in een baan om de aarde een lanceervoertuig van de volgende generatie vereisen, zoals dit NASA vereist SLS Block 1B Cargo, het SpaceX Starship of de New Glen van Blue Origin.

Volgende stappen

Orbitaal rifconcept

Volgens het persbericht van Sierra Space wordt 2024 een druk jaar. Er zullen nog een aantal tests plaatsvinden, zowel met items op volledige grootte als met kleinere items, en deze zullen ook werken aan de Micrometeoroid Orbital Debris (MMOD)-lagen, die cruciaal zullen zijn om de module te beschermen tegen de onvermijdelijke gevolgen die op de lange termijn gepaard gaan. ruimte vlucht.

Wat de eerste praktische toepassing van de technologie betreft, werken Sierra Space en Blue Origin samen aan de ontwikkeling van het commerciële ruimtestation Orbital Reef, waarvan de basisconfiguratie ten minste één LIFE-module zal omvatten. NASA kende in december 2021 $ 130 miljoen toe aan het Orbital Reef Project, met als doel het operationeel te maken tegen de tijd dat het internationale ruimtestation buiten gebruik wordt gesteld, momenteel gepland voor 2030.

Hoewel het erop lijkt dat dit niet zal gebeuren in het ISS, zou NASA’s droom om astronauten in een opblaasbaar ruimtestation te laten wonen en werken met een beetje geluk vóór het einde van dit decennium werkelijkheid kunnen worden.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *