В рамках программы «Артемида» НАСА намерено отправить астронавтов обратно на Луну впервые со времен эпохи Аполлона. Но на этот раз они намерены остаться и создать к концу десятилетия лунную базу и другую инфраструктуру, которая позволит осуществлять «устойчивую программу исследования и освоения Луны». Для этого НАСА заручается помощью коллег-космических агентств, коммерческих партнеров и академических институтов для создания необходимых элементов миссии — от систем запуска, космических кораблей и систем приземления человека до доставки полезной нагрузки.
При финансовой поддержке НАСА группа инженеров из Инженерного колледжа Университета Аризоны (UA-CE) разрабатывает автономные роботизированные сети для строительства убежищ из мешков с песком для астронавтов НАСА на Луне. Дизайн вдохновлен соборными термитниками, которые обитают в Африке и пустынных регионах северной Австралии. Их работа стала предметом доклада, представленного на конференции Американского астронавтического общества по наведению, навигации и контролю (AAS GNC), которая проходила с 1 по 7 февраля в Литтлтоне и Брекинридже, штат Колорадо.
Группу возглавил доцент факультета аэрокосмической и машиностроительной промышленности UA-CE Джекан Танга, который также является главой Лаборатории космических и наземных роботизированных исследований (SpaceTREx) и организации, организованной при поддержке НАСА по науке, технологиям и исследованиям астероидов. Лабораторией систем инклюзивного образования (АСТЕРОИДЫ). Он и его команда сотрудничают с Лабораторией реактивного движения НАСА и канадской компанией по производству космической робототехники MDA для создания консорциума LUNAR-BRIC, который занимается разработкой технологий для программы Артемида.
В рамках программы «Артемида» НАСА высадит астронавтов вокруг южного полюса Луны с помощью Артемида III миссия, в настоящее время запланированная на 2026/27 год. К концу десятилетия они планируют построить инфраструктуру для длительного пребывания, такую как Лунные ворота и базовый лагерь Артемиды. Последний элемент состоит из Фонда Лунной среды обитания (FLH), Лунного вездехода (LTV) и Платформы мобильности жилья (HMB). Однако им также понадобятся полупостоянные безопасные убежища, пока они будут искать оптимальные места для строительства постоянных мест обитания.
В соответствии с видением НАСА будущих космических исследований, ключевым элементом этого плана является использование местных ресурсов для строительных материалов и ресурсов – процесс, известный как использование ресурсов на месте (ISRU). В рамках своей концепции Танга и его команда исследовали, можно ли использовать мешки с песком, наполненные лунным реголитом, вместо традиционных строительных материалов для строительства лунной инфраструктуры. Сюда входят жилые дома, склады, диспетчерские вышки, робототехнические комплексы, посадочные площадки и взрывозащитные стены для защиты лунных зданий во время взлета и посадки космических кораблей.
Впервые Танга был вдохновлен видеороликом на YouTube, показывающим работу американского архитектора иранского происхождения Надера Халили, известного прежде всего проектированием конструкций с использованием нетрадиционных строительных материалов. Это включает в себя разработку конструкции из мешков с песком SuperAdobe для создания структур для развивающихся стран и чрезвычайных ситуаций. В 1980-х годах покойный архитектор предложил построить конструкции из мешков с песком на Луне и в других внеземных местах. Танга включил в идеи Халили концепцию «небоскребов» насекомых, особенно высоких соборных термитников.
Эти курганы распространены в пустынях Африки и Австралии и играют важную роль в регулировании среды подземных гнезд. Как описал Танга в пресс-релизе инженерного колледжа UA:
«В случае с термитами это очень важно для решения наших внеземных проблем. Экстремальные пустынные условия, с которыми сталкиваются термиты, аналогичны лунным условиям. Важно отметить, что весь этот подход не зависит от воды. Большая часть Луны представляет собой сухую пустыню. Изучение этого помогло мне найти распределенные системы для строительства».
Танга уже давно заинтересована в применении социальных систем насекомых в распределенных сетях роботов, где машины организованы с помощью роевого интеллекта для совместной работы без вмешательства человека. В своей системе роботы помещают датчики и электронику в мешки с песком, наполняют их лунным реголитом, а затем используют их для сборки конструкций на месте. Некоторые датчики предоставляют данные о местоположении, чтобы помочь роботам разместить мешки с песком, в то время как другие предоставляют возможности связи и информацию об окружающей среде, чтобы предупредить о потенциальных опасностях.
К ним относятся лунные землетрясения, возникающие в результате нагревания и охлаждения в течение каждого лунного дня и ночи (каждая из которых длится по 14 дней). Колебания температуры во время этого цикла также представляют собой потенциальную опасность: от -183 до 107 °C (от -298 до 224 °F) днем и ночью. Поскольку Луна представляет собой безвоздушную среду, существует также угроза микрометеоров, которые бомбардируют ее поверхность со средней скоростью 96 560 км/ч (60 000 миль в час). Отсутствие атмосферы (и магнитосферы) также означает, что лунная поверхность подвергается значительно большему воздействию солнечной радиации и космических лучей.
Эти здания отвечают требованиям НАСА для программы «Артемида», сокращая количество материала, который необходимо транспортировать на Луну, и одновременно защищая суровую лунную среду. НАСА выделило Танге и его команде 500 000 долларов на проекты по поверхности Луны в рамках исследовательской программы агентства по космическим технологиям Артемиды (M-STAR), которая является частью исследовательского и образовательного проекта Университета меньшинств (MUREP). НАСА также ежегодно выделяло 1 миллион долларов на исследовательские проекты студентов UA в течение последних пяти лет через Программу институциональных исследований MUREP (MIRO). Сказал Танга:
«Цель состоит в том, чтобы повысить участие недостаточно представленных групп в аэрокосмической отрасли. И это практические проекты, ориентированные на студентов. Эта лаборатория предлагает мне именно ту среду – культуру стартапов. Я руковожу командой и работаю с многопрофильными людьми. Я рад, что я здесь».
Танга и Сиваперуман Муниясами, докторант аэрокосмической техники и первый автор статьи, описывающей технологию, представили свою идею во время секретной сессии AAS GNC. «Публикуя доклад на конференции, мы получаем отзывы от других экспертов, которые действительно помогают нам двигаться вперед», — сказал Муниясами. «Не случайно у этой команды есть академический партнер, коммерческий партнер и правительственное учреждение», — добавил Танга. «Учитывая проблемы, частью пути для нас является сотрудничество».
Помимо планов команды по созданию лунной среды обитания, консорциум LUNAR-BRIC планирует разработать множество концепций, которые будут способствовать созданию космической экономики. Помимо того, что Муниясами возглавит группу из восьми студентов и магистрантов, работающих над проектами на поверхности Луны, после получения докторской степени он планирует основать компанию по добыче полезных ископаемых в космосе. Как он отметил, НАСА планирует построить объекты для длительного проживания и промышленности в течение нескольких лет после успешной посадки космического корабля. Артемида III это позволит (среди прочего) осуществлять экологически ответственную добычу полезных ископаемых на Луне и астероидах.
Танга и его студенческая команда работали с университетским отделом коммерциализации (Tech Launch Arizona) над регистрацией патентов на роботизированную систему и распределенные компьютерные сети обработки, которые связывают предлагаемые структуры и роботов.
Дополнительная литература: Университет Аризоны.
