Σεληνιακή πύλη της NASA:Τα σχέδια για έναν μόνιμο διαστημικό σταθμό που θα περιστρέφεται γύρω από τη Σελήνη

Εάν όλα πάνε καλά, κάποια στιγμή το 2022 ο πύραυλος του συστήματος εκτόξευσης διαστήματος (SLS) της NASA θα εκτιναχθεί από το ακρωτήριο Κανάβεραλ της Φλόριντα, για την παρθενική του πτήση. Ο γιγαντιαίος πύραυλος SLS, ύψους 111,25 μέτρων, πρόκειται να εκτοξευθεί όχι νωρίτερα από τον Φεβρουάριο, αλλά πιθανότατα όχι μέχρι το καλοκαίρι, και θα στείλει μια απλήρωτη κάψουλα σε μια δοκιμαστική αποστολή γύρω από την μακρινή πλευρά της Σελήνης και πάλι πίσω. Γνωστό ως Άρτεμις 1, θα σηματοδοτήσει πραγματικά την αρχή της επιστροφής της ανθρωπότητας στη Σελήνη.

Η αποστολή Artemis 2, που έχει προγραμματιστεί επί του παρόντος για τον Μάιο του 2024, θα επαναλάβει το Artemis 1 αλλά αυτή τη φορά με πλήρωμα αστροναυτών. Στο ταξίδι τους γύρω από τη Σελήνη, θα πάνε πιο μακριά στο διάστημα από οποιονδήποτε προηγούμενο αστροναύτη. Μετά έρχεται το μεγάλο:το Artemis 3, το οποίο θα μεταφέρει τους επόμενους αστροναύτες να προσγειωθούν στη Σελήνη.

Ανάμεσα σε αυτές τις αποστολές με στύλο θα υπάρχει μια σειρά από άλλες εκτοξεύσεις για να εξασφαλίσουν ότι οι αστροναύτες έχουν όλα όσα χρειάζονται για να ολοκληρώσουν τις αποστολές τους όταν φτάσουν σε σεληνιακή τροχιά. Απολύτως κρίσιμο για τη μακροπρόθεσμη επιτυχία του προγράμματος Artemis είναι ο σεληνιακός διαστημικός σταθμός Gateway.

Το Gateway θα είναι ένας διαστημικός σταθμός πολλαπλών μονάδων σε τροχιά γύρω από τη Σελήνη. Θα λειτουργεί ως σταθμός για επισκέψεις στη σεληνιακή επιφάνεια, θα παρέχει μια τροχιακή πλατφόρμα από την οποία θα διεξάγονται απομακρυσμένες παρατηρήσεις της Σελήνης και θα παρέχει εργαστήρια για την ανάλυση των πετρωμάτων της Σελήνης και τη διεξαγωγή άλλων επιστημονικών μελετών. Είναι μια διεθνής προσπάθεια μεταξύ των ΗΠΑ, 10 ευρωπαϊκών χωρών, του Καναδά και της Ιαπωνίας.

Μπορεί να ακούγεται σαν επιστημονική φαντασία, αλλά είναι πολύ αληθινό. Και πολύ, πολύ ωραίο…

Η επιστήμη

Το Gateway θα λειτουργεί ως προσωρινό σπίτι και χώρος εργασίας για τους αστροναύτες που επισκέπτονται τη Σελήνη, όπως ακριβώς κάνει ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός για τους αστροναύτες που επισκέπτονται τη χαμηλή τροχιά της Γης. Κατά την αρχική εξερεύνηση της Σελήνης, οι αστροναύτες θα ζουν στην Πύλη για έως και τρεις μήνες, ταξιδεύοντας περιστασιακά στη σεληνιακή επιφάνεια για να πραγματοποιήσουν επιστημονική έρευνα ή να δοκιμάσουν συσκευές που θα τους επιτρέψουν να δημιουργήσουν μια μόνιμη βάση στην επιφάνεια.

Δύο πειράματα που έχουν ήδη ανατεθεί για το Gateway είναι μια οθόνη παρακολούθησης ακτινοβολίας που παρέχεται από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA) και μια σουίτα διαστημικών καιρικών οργάνων. Η οθόνη παρακολούθησης ακτινοβολίας θα σας βοηθήσει να αποφασίσετε πώς να κρατήσετε τους αστροναύτες ασφαλείς από τα ανθυγιεινά επίπεδα ακτινοβολίας που μπορεί να συναντήσετε στο διάστημα. Η σουίτα οργάνων διαστημικού καιρού σχετίζεται με αυτό επειδή θα μετρήσει την ένταση των σωματιδίων που απελευθερώνονται από τον Ήλιο κατά τη διάρκεια εκρήξεων που ονομάζονται εκτινάξεις στεφανιαίας μάζας.

Μεγάλη έμφαση θα δοθεί στην ανάπτυξη της τεχνικής της επιτόπιας χρήσης πόρων. Αυτό σημαίνει ότι χρησιμοποιούνται πόροι που βρίσκονται στη Σελήνη για την κατασκευή πραγμάτων που θα χρειαστούν οι αστροναύτες, για παράδειγμα, νερό, οξυγόνο, καύσιμα πυραύλων και οικοδομικά υλικά μπορούν να εξαχθούν ή να κατασκευαστούν από υλικά που βρίσκονται πάνω ή ακριβώς κάτω από τη σεληνιακή επιφάνεια.

Οι λειτουργικές μονάδες

Αν και μικρότερο από τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS), το Gateway είναι πολύ μεγάλο για να εκτοξευτεί με έναν μόνο πύραυλο. Αντίθετα, θα αποτελείται από έναν αριθμό μονάδων που θα τοποθετηθούν γύρω από τη Σελήνη σε μια σειρά εκτοξεύσεων.

Στην καρδιά του βρίσκεται το Power and Propulsion Element που αναπτύσσεται από την Maxar Technologies στις ΗΠΑ. Αυτή η μονάδα χρησιμοποιεί ηλιακούς συλλέκτες για την παραγωγή ενέργειας. Μπορεί επίσης να μετατρέψει αυτήν την ισχύ σε πρόωση χρησιμοποιώντας μια μονάδα «ηλιακής ηλεκτρικής πρόωσης» (ή κινητήρα ιόντων), για να μετακινήσει το σταθμό σε διαφορετικές τροχιές.

Η ενότητα Habitation and Logistics Outpost (HALO) παρέχεται από την Northrop Grumman Innovation Systems. Αυτή θα είναι η πρώτη ενότητα στην οποία μπορούν να ζήσουν οι αστροναύτες. Θα περιλαμβάνει θύρες ελλιμενισμού για το διαστημόπλοιο Orion που μεταφέρει τους αστροναύτες.

Μαζί αυτές οι δύο μονάδες αποτελούν έναν λειτουργικό αρχικό σταθμό. Παρόλο που αρχικά σχεδιαζόταν να εκτοξευθούν χωριστά και στη συνέχεια να ελλιμενιστούν στο διάστημα, η NASA θα διορθώσει τώρα τις δύο μονάδες μαζί και θα τις πετάξει με μία μόνο εκτόξευση, προγραμματισμένη για τον Νοέμβριο του 2024 με έναν πύραυλο SpaceX Falcon Heavy.

Αυτή θα είναι η διαμόρφωση του Gateway για την αποστολή προσγείωσης Artemis 3 Moon, αλλά σύντομα θα ενσωματωθεί και με μονάδες που θα παρέχονται από την ESA. Η Ευρώπη συνεισφέρει σημαντικά στις αποστολές Gateway και Artemis. Η Ιταλία, ειδικότερα, είναι ένας σημαντικός εταίρος με διακεκριμένη κληρονομιά στο σχεδιασμό και την κατασκευή διαστημικών σταθμών. Περίπου οι μισές μονάδες υπό πίεση στον ISS προμηθεύτηκαν από την Thales Alenia Space στο Τορίνο.

«Αυτή είναι μια μεγάλη κληρονομιά», λέει ο Luigi Pasquali, συντονιστής διαστημικών δραστηριοτήτων της Leonardo, της ιταλικής εταιρείας που κατέχει από κοινού την Thales Alenia Space. Έχει επιτρέψει στην εταιρεία να κερδίσει τα συμβόλαια για την παροχή μιας σειράς λειτουργικών μονάδων για το Gateway.

Πρώτο θα είναι το Ευρωπαϊκό Σύστημα Παροχής Ανεφοδιασμού, Υποδομής και Τηλεπικοινωνιών (ESPRIT). Αυτό θα αποτελείται από δύο μέρη, το πρώτο θα είναι το σεληνιακό σύστημα επικοινωνιών του σταθμού. Καθώς αυτό είναι ένα βασικό εξάρτημα από την πρώτη μέρα, κατασκευάζεται εκ των προτέρων και θα προσαρτηθεί στη μονάδα HALO για εκτόξευση το 2024. Το δεύτερο μέρος του ESPRIT θα περιέχει πρόσθετες δεξαμενές καυσίμου, έναν διάδρομο με παράθυρο και θύρες ελλιμενισμού. Επί του παρόντος, έχει προγραμματιστεί να κυκλοφορήσει το 2027.

Επιπλέον, η Thales θα συνεισφέρει επίσης στο International Habitation Module (I-HAB), το οποίο θα περιέχει ένα σύστημα υποστήριξης ζωής που θα παρέχεται από την Ιαπωνία. Τέλος, ο Καναδάς παράγει έναν ρομποτικό βραχίονα μήκους 8,5 μέτρων, παρόμοιο με αυτόν που η χώρα συνέβαλε στα προγράμματα ISS και Space Shuttle.

Διαβάστε περισσότερα σχετικά με την εξερεύνηση της Σελήνης:

Ξεχάστε τους πυραύλους – ένας σεληνιακός ανελκυστήρας είναι το μέλλον του ταξιδιού στη Σελήνη
Πώς θα επιστρέψει η ανθρωπότητα στη Σελήνη:Το μέλλον της εξερεύνησης της Σελήνης
Πώς να φτιάξετε μια βάση σελήνης

Η πύλη

Τα διαστημόπλοια

Φυσικά, το να έχεις έναν διαστημικό σταθμό σε τροχιά γύρω από τη Σελήνη είναι άχρηστο αν δεν έχεις τρόπο να φτάσεις τους αστροναύτες σε αυτόν. Εκεί έρχεται το Orion Multi-Purpose Crew Vehicle. Η μονάδα πληρώματος παρέχεται από τη NASA μέσω της Lockheed Martin στις ΗΠΑ και μπορεί να φιλοξενήσει έως και έξι αστροναύτες, αλλά η καρδιά του διαστημικού σκάφους είναι η European Service Module (ESM) που κάθεται πίσω από την κάψουλα του πληρώματος.

Παρέχεται από την ευρωπαϊκή εταιρεία Airbus. "Το ESM παρέχει όλα όσα χρειάζονται οι αστροναύτες για να ζήσουν", λέει ο Siân Cleaver, ο οποίος είναι ο βιομηχανικός διευθυντής της Airbus για τον ESM.

Το ESM βασίζεται στο αυτοματοποιημένο όχημα μεταφοράς (ATV), το οποίο επίσης κατασκευάζεται από την Airbus. Το ATV ήταν μια από τις συνεισφορές της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Μετέφερε φορτίο από και προς την εγκατάσταση σε χαμηλή τροχιά στη Γη. Για να το μετατρέψεις σε ESM και να το φτάσεις στη Σελήνη, ωστόσο, απαιτεί μια πολύ προφανή διαφορά.

"Έχει μια τεράστια κύρια μηχανή στο κάτω μέρος", λέει ο Cleaver.

Ο πρώτος ESM βρίσκεται ήδη στην κορυφή του πυραύλου Space Launch System, στο πλαίσιο της προετοιμασίας για την αποστολή Artemis 1 το 2022. Ο δεύτερος έχει αποσταλεί στη Φλόριντα για ζευγάρωμα με την κάψουλα του πληρώματος. Αυτό θα είναι το πρώτο Orion που θα μεταφέρει αστροναύτες, στην αποστολή Artemis 2. Ο Cleaver και οι συνεργάτες του εργάζονται στο ESM 3, αυτό που θα οδηγήσει τους αστροναύτες στον σταθμό Gateway, πριν την κάθοδό τους στη σεληνιακή επιφάνεια.

«Είναι σίγουρα συγκλονιστικό. Νιώθω πολύ τυχερός. Ήταν πάντα το όνειρό μου να δουλέψω σε ανθρώπινες διαστημικές πτήσεις», λέει ο Cleaver.

Οι αστροναύτες του Artemis 3 θα μεταβούν στη σεληνιακή επιφάνεια μέσα σε ένα σκάφος SpaceX Starship. Μετά από αυτό, η NASA αρχίζει να αναπτύσσει ένα μικρότερο σεληνιακό προσεδάφιο για πιο συνηθισμένες αποστολές προς και από την επιφάνεια.

Οι διαστημικές στολές

Για να περπατήσετε στη Σελήνη προφανώς απαιτείται διαστημική στολή – και αυτά δεν είναι απλά ρούχα. Οι διαστημικές στολές εξελίσσονται συνεχώς για να παρέχουν στους αστροναύτες την προστασία και τη χρηστικότητα που χρειάζονται. Για τις προσγειώσεις της Σελήνης Άρτεμις, αυτές θα πρέπει να μεταφερθούν σε ένα εντελώς νέο επίπεδο.

Εάν σκέφτεστε μια διαστημική στολή όχι ως ρούχο, αλλά ως ένα ευέλικτο διαστημόπλοιο που φοράτε, τότε πλησιάζετε περισσότερο την πολυπλοκότητα που συνεπάγεται η κατασκευή μιας. Επιπλέον, θα πρέπει να εμποδίζει τις κινήσεις του αστροναύτη όσο το δυνατόν λιγότερο.

Η NASA σχεδιάζει τη μονάδα εξερευνητικής κινητικότητας Extravehicular Mobility Unit ή xEMU. Ένα μεγάλο θέμα για την κινητικότητα σε μια διαστημική στολή είναι η πίεση του αέρα μέσα. Όταν ένας αστροναύτης λυγίζει ένα άκρο, συμπιέζει το υλικό και μειώνει τον όγκο μέσα στο κοστούμι, οδηγώντας σε αύξηση της πίεσης του αέρα που αντιστέκεται στην κίνηση του αστροναύτη.

Η χρήση ρουλεμάν στις αρθρώσεις αντί για συμπιέσιμο ύφασμα βοηθά στην αντιμετώπιση αυτού του ζητήματος. Ενώ οι διαστημικές στολές Apollo που φορούσαν οι Neil Armstrong και Buzz Aldrin στο ταξίδι τους στη Σελήνη το 1969 χρησιμοποιούσαν ρουλεμάν μόνο στους βραχίονες, το xEMU θα τις χρησιμοποιήσει στους βραχίονες, τη μέση, τους γοφούς, τους μηρούς και τις αρθρώσεις του αστραγάλου. Οι στολές θα επιτρέπουν επίσης στους αστροναύτες να αλλάζουν την πίεση του αέρα, επιτρέποντάς τους να τη μειώσουν για να γονατίσουν.

Συνολικά, οι νέες καινοτομίες θα πρέπει να παρέχουν πολύ μεγαλύτερη ευελιξία στους αστροναύτες και ένα πολύ πιο άνετο περιβάλλον εργασίας. Θα πρέπει ακόμη και να τους επιτρέψει να περπατούν πιο κανονικά από τους αστροναύτες του Apollo, οι οποίοι ανέπτυξαν ένα είδος βάδισης λόγω της χαμηλής σεληνιακής βαρύτητας σε συνδυασμό με την ακαμψία της διαστημικής στολής.

Η τοποθεσία

Το Gateway θα περιφέρεται γύρω από τη Σελήνη σε ένα μεγάλο ελλειπτικό μονοπάτι που θα το οδηγήσει πάνω από τον σεληνιακό βόρειο και τον νότιο πόλο. Θα χρειαστούν σχεδόν επτά ημέρες για να ολοκληρωθεί μια τροχιά. Στο πιο απομακρυσμένο του σημείο, θα απέχει 70.000 χλμ. από τη Σελήνη, πριν πλησιάσει σε απόσταση 3.000 χλμ.

Η τροχιά προσφέρει ευκολότερη πρόσβαση στη στεριά στις σεληνιακές πολικές περιοχές, ειδικά στον νότιο πόλο, που πιστεύεται ότι είναι πλούσιος σε κοιτάσματα πάγου. Προσφέρει επίσης εξαιρετικές δυνατότητες επικοινωνίας με τη Γη, επειδή σημαίνει ότι το Gateway ξοδεύει πολύ λίγο χρόνο για να επισκιαστεί από τη γραμμή όρασης της Γης.

Το μέλλον

Το πρώτο πράγμα που θα κάνει η Gateway είναι να διευκολύνει τη δημιουργία μιας μόνιμης βάσης στη Σελήνη. "Το Gateway έχει στρατηγικό ρόλο στο να είναι πραγματικά σε θέση να αναπτύξει μια μεγάλη παρουσία στη σεληνιακή επιφάνεια", λέει ο Pasquali.

Αυτό συμβαίνει επειδή θα παρέχει μια σταθερή, ασφαλή βάση λειτουργίας από την οποία θα αναπτυχθεί σταδιακά ο εξοπλισμός και η υποδομή που θα φέρουν στη ζωή μια σεληνιακή βάση.

«Ξέρω, είναι πολύ κακό, αλλά κάθε φορά που κοιτάζω τη Σελήνη, σκέφτομαι πάντα το γεγονός ότι θα πάμε εκεί σύντομα. Και μετά κοιτάζω το διαστημόπλοιο στο καθαρό δωμάτιο την επόμενη μέρα και σκέφτομαι, "Εντάξει, αυτό που κάνω έχει πραγματικό σκοπό", λέει ο Cleaver.

Και σε αντίθεση με την περιορισμένη εξερεύνηση της Σελήνης τη δεκαετία του 1970, αυτή τη φορά πραγματοποιείται με μακροπρόθεσμο σκοπό. Τον Νοέμβριο του 2021, η NASA επιβεβαίωσε ότι πέρα από τη σεληνιακή προσγείωση Artemis 3, ο οργανισμός αναπτύσσει ένα βιώσιμο πρόγραμμα που προβλέπει τουλάχιστον 10 επιπλέον επισκέψεις στην επιφάνεια της Σελήνης.

Και πέρα από αυτό, ο Άρης γνέφει. Αυτός είναι ένας λόγος για τον οποίο το διαστημικό σκάφος Orion ονομάζεται Όχημα Πληρώματος Πολλαπλών Χρήσεων, για να υποδείξει ότι έχει άλλες χρήσεις εκτός από «απλά» ταξίδια από και προς τη Σελήνη.

Και όντας πολύ έξω από την προστασία του μαγνητικού πεδίου της Γης, το Gateway επιτρέπει επίσης την πλήρη αξιολόγηση των επιπτώσεων της ακτινοβολίας στο βαθύ διάστημα στην υγεία των αστροναυτών. Η γνώση αυτού είναι κρίσιμη για ένα ταξίδι στον Άρη, όπου ο χρόνος κρουαζιέρας στο βαθύ διάστημα θα είναι τουλάχιστον εννέα μήνες.

Εν ολίγοις, το Gateway είναι απαραίτητο για κάθε μελλοντική εξερεύνηση. Αντί απλώς να μας φέρει πίσω στη Σελήνη, η ιστορία μπορεί να την κοιτάξει πίσω ως την πύλη για την ανθρώπινη εξερεύνηση ολόκληρου του Ηλιακού Συστήματος.

Αυτό το άρθρο εμφανίστηκε για πρώτη φορά στο τεύχος 372 του BBC Science Focus Magazine – μάθετε πώς να εγγραφείτε εδώ

Διαβάστε περισσότερα σχετικά με το μέλλον της εξερεύνησης του διαστήματος:

Αστροναύτες ζώων:Γιατί άλλες μορφές ζωής θα είναι ζωτικής σημασίας για τους ανθρώπους που ζουν εκτός Γης
Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb:Όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για τον διάδοχο του Hubble
Ο Tardigrades θα μπορούσε να είναι οι πρώτοι διαστρικοί ταξιδιώτες στο διάστημα