|
Выдвижные герметичные туннели для миссий на Марсе
|
|
|
|
НАСА и национальное космическое агентство Китая планируют отправить пилотируемые миссии на Марс в ближайшие десятилетия. Согласно архитектуре миссии НАСА «Луна — Марс», это будет включать использование инфраструктуры, созданной в рамках программы «Артемида», для отправки экипажей на красную планету в 2030-х или 2040-х годах. Подобно «Артемиде», эти миссии завершатся созданием жилых модулей, которые будут способствовать длительным исследованиям и изучению космоса. Естественно, это сопряжено со многими трудностями, включая длительные перелеты в дальний космос и опасности длительного пребывания в условиях микрогравитации.
|
|
|
|
Однако пилотируемые миссии также столкнутся со значительными трудностями по прибытии, такими как опасность работы в разреженной, непригодной для дыхания атмосфере Марса, экстремальные перепады температур и повышенный уровень радиации. К счастью, эти проблемы вдохновляют инновационные концепции космических агентств, их аффилированных исследовательских институтов и коммерческих партнеров. В недавнем отчете группа специалистов по биоастронавтике и системам жизнеобеспечения (BLiSS) из Мичиганского университета предложила активную систему герметичных туннелей для соединения жилых модулей на поверхности Марса.
|
|
|
|
Концепция описана в статье «LATCH: легкие управляемые туннели для пилотируемых жилых модулей», которая была представлена на ежегодный конкурс академических инноваций Moon to Mars eXploration Systems and Habitation (M2M X-Hab 2026). Этот отчет является одним из нескольких проектов, отобранных НАСА в рамках программы X-Hab, поощрительного конкурса, проводимого Национальным фондом космических грантов (NSGF), который приглашает студентов университетов по всей стране представить концепции, прототипы и извлеченные уроки, которые помогут сформировать будущие космические миссии.
|
|
|
|
|
|
|
Главным исследователем группы BLiSS является доктор Нилтон Ренн, профессор кафедры планетологии и космической инженерии имени Джона Р. Баркера в Мичиганском университете. Доктор Трейси Пратер, инженер-аэрокосмист и механик из Космического центра имени Маршалла НАСА и инженер по материалам и технологическим процессам в компании United Launch Alliance, выступила спонсором проекта.
|
|
|
|
Независимо от местоположения — Луна или Марс — поддержание постоянного присутствия человека требует значительных перемещений. Это означает перемещение экипажей и грузов с поверхности на орбиту, а также между наземными объектами — например, жилыми модулями, космическими аппаратами, посадочными площадками и т. д. Учитывая особенности лунной и марсианской среды, экипажам потребуется каждый раз надевать скафандры и проводить внекорабельную деятельность (ВКД). Это трудоемкий процесс, требующий многочасовой подготовки (предварительное дыхание кислородом), надевания скафандров, разгерметизации шлюза и уборки после ВКД.
|
|
|
|
Этот процесс занимает целый день и также подвергает членов экипажа риску разгерметизации и облучения повышенным уровнем радиации. Аналогично, экипажи должны оставаться в скафандрах при входе и выходе из марсианского взлетно-посадочного модуля (MAV), что неудобно, учитывая размеры самих скафандров. Необходимость использования скафандров во время подъема и спуска также увеличивает общую массу модуля, повышая затраты и расход топлива. Как описывает команда в своем отчете:
|
|
|
|
«Фактически, предварительный анализ марсианского взлетно-посадочного модуля (MAV), используемого экипажем для достижения и возвращения с поверхности Марса, показывает, что каждый скафандр для выхода в открытый космос требует на 560 килограммов больше топлива, чем скафандр для внутрикорабельной деятельности (IVA). Кроме того, скафандры для выхода в открытый космос занимают в ракете-носителе объем, примерно равный размеру человека. Это потребовало бы большего размера кабины, что, в свою очередь, потребовало бы большей массы топлива».
|
|
|
|
Для устранения этой проблемы команда LATCH предложила «легкую герметичную туннельную систему, которая может обеспечить активное позиционирование и стыковку между пилотируемыми наземными средствами на Марсе». Эта концепция предполагает создание туннелей, которые можно было бы развертывать по мере необходимости для перелетов, а затем убирать, когда они не используются. Такие туннели сократили бы время перелета к жилым модулям и посадочным площадкам и обратно с целого дня до нескольких минут.
|
|
|
|
«Проект предусматривает разработку концепций «легкой герметичной туннельной системы», которая могла бы «обеспечивать активное позиционирование и стыковку между пилотируемыми наземными средствами на Марсе», — пишут исследователи.
|
|
|
|
Каждый туннель состоит из надувной оболочки, несущих колец, пассивного механизма выдвижения (приводимого в движение двигателями и исполнительными механизмами), выдвижных поручней и направляющих, а также гусеничных блоков, установленных на каждой секции. Затем эти туннели интегрируются с каждым шлюзом на модуле, который экипаж может выдвигать с помощью пользовательского интерфейса (UI). UI также позволит членам экипажа и наземным диспетчерам отслеживать состояние туннеля, которое будет регулярно контролироваться датчиками на предмет утечек, загрязнения или системных неисправностей.
|
|
|
|
Процесс начинается с того, что член экипажа выбирает пункт назначения (беспилотный летательный аппарат или другой наземный элемент), а затем дает команду UI выдвинуть туннель к люку. Пассивный механизм выдвижения также позволяет членам экипажа вносить точные корректировки в траекторию, в то время как данные датчиков и мониторинг наземных диспетчеров обеспечивают обратную связь для выравнивания и коррекции траектории. После того, как туннель полностью выдвинут и оба конца закреплены, туннель будет медленно герметизирован кислородом и азотом.
|
|
|
|
После того, как туннель будет герметизирован и датчики и наземный центр управления подтвердят безопасность окружающей среды, он используется для того, чтобы до двух членов экипажа могли пройти по нему с грузом. Во время движения члены экипажа, не использующие туннель, будут информироваться UI о любых внезапных проблемах с безопасностью. В случае чрезвычайной ситуации автоматически активируются системы оповещения (освещение, поручни и другие необходимые вспомогательные системы), чтобы помочь членам экипажа безопасно добраться до другой стороны туннеля.
|
|
|
|
Когда туннели не используются, они разгерметизируются и убираются. Это предотвратит накопление радиации внутри туннелей и марсианской пыли снаружи. Поддержание их в убранном положении между использованиями также гарантирует, что они менее уязвимы для повреждений от обломков.
|
|
Тестирование и оценка рисков
|
|
|
|
В рамках предложения команда BLiSS предоставила полные модели, созданные с помощью автоматизированного проектирования (САПР), и прототип демонстрационного образца туннеля и системы привода (вместе с программным обеспечением управления) для тестирования. Кроме того, была разработана комплексная матрица рисков для выявления и оценки потенциальных опасностей, которые могли повлиять на успех будущих миссий. Это позволило команде BLiSS выявить различные технические, временные, финансовые и связанные с безопасностью риски, которые могли поставить под угрозу функциональность и безопасность системы.
|
|
|
|
Один из существенных рисков был связан с возможностью деформации конструкции, когда внутри находились астронавты, что могло привести к травмам или смерти. Для смягчения этого риска команда предложила добавить дополнительные балки перекрытия и/или выдвижной пол для поддержки увеличенных нагрузок или предотвращения аварий (например, падения груза). Команда также приняла меры для снижения риска неточной стыковки, которая могла бы сделать систему непригодной для использования, включая подход с использованием многосенсорного слияния данных с помощью LiDAR и компьютерного зрения. Это позволило бы проводить перекрестную проверку между датчиками, обеспечивая коррекцию курса и точное обнаружение движений.
|
|
|
|
«Внедряя надежные меры по смягчению рисков и постоянно отслеживая и переоценивая риски на протяжении всего жизненного цикла проекта, мы стремимся минимизировать сбои и максимизировать эффективность нашей туннельной системы в обеспечении транспортировки экипажа между наземными объектами во время космических миссий», — заявляет команда.
|
|
|
|
Аналогичная концепция, представленная инженерным факультетом Университета Болдуина Уоллеса, — это «Туннельные элементы, готовые к активному развертыванию» (T.R.E.A.D). Эта концепция также соответствует целям конкурса M2M X-Hab Challenge 2026: создать систему удлиненных туннелей, которые будут соединять наземные элементы на Марсе, уделяя особое внимание возможности повторного использования и предотвращая накопление зданий и туннелей на поверхности, которые больше не служат целям миссии.
|
|
|
|
Для этого предложения команда Университета Болдуина Уоллеса разработала систему привода на основе двойных тросов с герметичными баллонами. Каждый комплект тросов состоит из четырех отдельных кабелей, управляемых с помощью лебедки, причем первый комплект контролирует начальную половину кривизны туннеля, а второй — заключительный участок. Система сухожилий также служит основным средством сокращения и обеспечивает необходимую гибкость для сгибания и адаптации к неровной местности.
|
|
|
|
Эти и другие концепции входят в число последних предложений о том, как астронавты будут жить и работать в внеземной среде Марса. По мере приближения 2030-х годов НАСА и другие космические агентства будут продолжать наращивать подготовку к отправке пилотируемых миссий на Красную планету. Методы, используемые в этих миссиях, и уроки, извлеченные из них, вероятно, лягут в основу плана жизни за пределами Земли, если человечество когда-нибудь встанет на путь, который приведет нас к «межпланетной» жизни.
|
|
|
|
Источник
|
