Spacelab do bramy: 40 lat modułów dla ludzi w kosmosie

Po Spacelab, laboratorium Columbus należące do ESA znalazło się wśród wielu innych modułów ISS – Node 2, Node 3 i Kopuły Obserwacyjnej Ziemi – zautomatyzowanego pojazdu transferowego (ATV) i statku kosmicznego. Statek kosmiczny CygnusEuropejski moduł serwisowy dla modułu księżycowego Orion, jednostki specjalne Stacja kosmiczna Aksjomat A teraz krytyczne elementy stacji Gateway ze względu na jej orbitę wokół Księżyca.

Przemysłowe dziedzictwo Spacelab jest jasne. Od lat 70. XX wieku zaangażowane firmy kilkakrotnie zmieniały nazwy, ale płaszcze ciśnieniowe są nadal produkowane w Turynie we Włoszech ze stopu aluminium i miedzi 2219 klasy lotniczej – w budynkach obsługiwanych obecnie przez firmę Thales Alenia Space.

W niektórych przypadkach pociski te są natychmiast integrowane w Turynie, jak np. w modułach Gateway Europejskiej Agencji Kosmicznej. W przypadku innych linii produktów, takich jak urządzenia Orion ESM, hale integracyjne w Bremie w Niemczech dostarczają im niezbędny sprzęt, aby nadawały się do użytku w przestrzeni kosmicznej, tak jak miało to miejsce w przypadku Spacelab ponad czterdzieści lat temu. Dziś stanowią one część Airbus Defence and Space Obiekt.

Trzymaj próżnię na dystans

Tuleje zaciskowe są istotnym elementem konstrukcji urządzenia, zapobiegającym podciśnieniu zewnętrznemu. Wykonane są z blachy o grubości kilku milimetrów, w kształcie cylindrów, otoczonych stożkowymi końcówkami. Spacelab ma 6,7 ​​m długości i 4,1 m średnicy, przy czym ta ostatnia zależy od wymiarów ładowni promu, w której się znajdował. Z tego samego powodu Columbus i inne moduły ISS wyprodukowane w Europie mają nieco większe średnice.

Dla porównania moduł I-Hab należący do ESA ma około 8 metrów długości i zaledwie 3 metry średnicy – ​​czyli taką samą szerokość jak wykonana w Turynie obudowa ciśnieniowa statku Cygnus, która zaopatruje Międzynarodową Stację Kosmiczną. Drugi moduł wejściowy ESA, moduł tankowania ESPRIT, ma 6,4 m długości i 4,6 m średnicy, choć większość jego objętości zajmują zbiorniki paliwa, a także tunel ciśnieniowy wyposażony w okno, przez które mogą przejść astronauci, zawierający O tej samej długości i średnicy co I-Hab.

„Elementy portalu mogą być mniejsze niż poprzednie moduły europejskie, ale muszą też być mocniejsze” – wyjaśnia João Gandra, inżynier ds. materiałów i procesów w ESA. „Duża różnica polega na tym, że – podobnie jak w przypadku najnowszych osłon ciśnieniowych firm Axiom i Cygnus w Europie – są one teraz spawane przy użyciu „zgrzewania tarciowego z przemieszaniem”, które zmiękcza metale, a nie je topi, poprzez zastosowanie tarcia w celu połączenia ich ze sobą. Podczas gdy tradycyjne spawanie Może przenosić naprężenia na złącza. Technika ta skutkuje mocniejszymi spoinami i lepszą wydajnością.

„Dziś wszystkie nasze moduły są produkowane w ten sposób” – dodaje Walter Cugno, wiceprezes ds. badań i nauki w Thales Alenia Space, który pracował w Spacelab jako inżynier ds. zapewnienia produktu. „Nasza zdolność do dostarczania elementów pod ciśnieniem została początkowo zbudowana dzięki projektom ESA oraz dwustronnym umowom pomiędzy Włoską Agencją Kosmiczną a Asi I NASA Wyprodukować moduły dla Międzynarodowej Stacji Kosmicznej – niezbędnego atutu dla wszystkich inicjatyw eksploracyjnych załogowych, na niskiej orbicie okołoziemskiej, na Księżycu, a ostatecznie na Marsie.

I-Hab będzie służyć jako wielomodułowa kwatera mieszkalna Gateway dla czteroosobowych załóg przez maksymalnie 30 dni.

Mark Wagner, lider zespołu ds. weryfikacji, montażu, integracji i testowania w ESA, pomaga zapewnić gotowość modułu do użytku, którego uruchomienie jest obecnie zaplanowane na 2028 r.

Współpraca z partnerami portalu

„To tylko jedna jednostka tworząca stację składającą się z wielu jednostek, dlatego musimy sprawdzić, czy I-Hab jest kompatybilny ze wszystkimi interfejsami uzgodnionymi z naszymi agencjami partnerskimi, takimi jak NASA, Kanadyjska Agencja Kosmiczna I Japońska Agencja Badań Kosmicznych. Ponadto nasze harmonogramy rozwoju nie są równoległe: harmonogramy NASA Jednostka halo – którego tuleja dociskowa również pochodzi z Turynu – i Element siłowy i napędowy Najpierw mają razem lecieć. Musimy upewnić się, że wszystkie interfejsy i funkcjonalność pomiędzy modułami są kompatybilne z resztą oprogramowania International Gateway.

„Na przykład system kontroli środowiska i podtrzymywania życia I-Hab, dostarczany nam przez Japońską Agencję Badań Kosmicznych, musi współpracować ze swoim odpowiednikiem w HALO. System kontroli termicznej I-Hab jest połączony poprzez wymienniki ciepła z moduły inne i pojazdy odwiedzające obsługujące cały obiekt Gateway w celu odprowadzania obciążeń cieplnych za pośrednictwem zewnętrznych grzejników pompowanych w przestrzeń kosmiczną. Te i inne zintegrowane systemy muszą ze sobą bezbłędnie współpracować.

Zamknij kwaterę

Stosunkowo mały rozmiar I-Haba został określony przez ograniczenia masy startowej. Projektanci modułów musieli stawić czoła wyzwaniu zmieszczenia wszystkich niezbędnych systemów w zaledwie 10 metrach sześciennych powierzchni mieszkalnej, w tym sprzętu naukowego, zaplecza kuchennego, w tym wysuwanego stołu kuchennego, sklepów, sprzętu do podtrzymywania życia, a nawet zestawu quadowego. stanowiska do spania. .

„Poprzednie moduły ISS – takie jak wcześniej Spacelab – były projektowane z orientacją góra-dół po prostu dlatego, że astronauci uważają to za łatwiejsze w obsłudze. W przypadku I-Hab tak naprawdę nie mamy tego luksusu, ponieważ musimy wykorzystać wszystkie dostępną przestrzeń tak efektywnie, jak to możliwe.”, przy jednoczesnym spełnieniu wszystkich wymagań dotyczących czynników ludzkich i wydajności załogi.

Na razie jednak nie będzie toalety; W tym celu załoga będzie musiała wrócić na Oriona. Wczesne misje będą musiały zabrać ze sobą własne materiały eksploatacyjne, co jest jednym z powodów, dla których czas trwania misji będzie ograniczony do 30 dni, a także wysokiego poziomu promieniowania kosmicznego. Dlatego też przez większą część roku portal będzie bezobsługowy i będzie wymagał odpowiedniego nadzoru.

Testy astronautów

Aby upewnić się, że I-Hab jest odpowiednim miejscem do życia i pracy, zespół opracowujący moduły zwrócił się do doświadczonych astronautów ESA, w tym Samanthy Cristoferreti, Alexandra Gersta i Luca Parmitano, o przeprowadzenie wczesnych ocen projektu „człowiek w pętli” . Prowadzone będą także kampanie testów na ludziach w oparciu o reprezentatywny model I-Hab zainstalowanego w Thales Alenia w Turynie, a także z wykorzystaniem rzeczywistości wirtualnej – a w przyszłości łączącej je w formie aplikacji rzeczywistości rozszerzonej.

„Naprawdę naszym celem jest wykorzystanie doświadczeń zdobytych podczas pracy na orbicie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej” – dodaje Mark. „Pomagają naszemu zespołowi programistów sprawdzać wszelkiego rodzaju zmienne, takie jak jakość oświetlenia, przejrzystość etykiet, projekt wyjść awaryjnych, a nawet przedziały załogi – i ich przydatność do zapewnienia prywatności i snu”.

Celem I-Hab będzie zapewnienie takiego samego środowiska pracy, jakie zostało zaprojektowane dla modułów Spacelab i ISS, z temperaturą 22 stopni Celsjusza i wilgotnością 50%, chociaż ciśnienie atmosferyczne będzie wynosić 0,7 atm w porównaniu z ciśnieniem panującym na poziomie morza na stacji . Pomóż zmniejszyć masę.

Mark dodaje: „Mimo że I-Hab jest mniejszy, będzie bardziej inkluzywny, co oznacza, że ​​projektujemy go tak, aby pomieścić 99% astronautów, co oznacza, że ​​prawie wszystkie – od najmniejszych astronautek po największych astronautów płci męskiej – będą mogły obsługiwać sprzęt z łatwością.” I wygodnie – np. otwierając włazy lub szybko odłączając przewody płynowe – w porównaniu z 95-centylowym odpowiednikiem Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Opracowanie I-Hab przeszło wstępną ocenę projektu (PDR) i obecnie znajduje się w fazie szczegółowego projektowania. W przypadku drugiego modułu bramy dostarczonego przez ESA, ERM – ESPRIT Refueling Module, obecnie finalizowana jest umowa, a wkrótce ma zostać sporządzony PDR.

Ten najnowszy przykład rozwoju europejskiego modułu załogowego ma projektowany okres użytkowania wynoszący 15 lat, chociaż sądząc po przykładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, prawdopodobnie będzie działał znacznie dłużej.

W oparciu o obecną architekturę placówki Lunar Gateway ponad połowa tej inspirującej stacji kosmicznej będzie pochodzenia europejskiego.

Wydaje się, że podstawowy model modułu zainspirowany europejskim laboratorium kosmicznym prawdopodobnie zapuści się dalej w przestrzeń kosmiczną wraz z niedawnym podpisaniem umowy pomiędzy ASI i Thales Alenia Space. Zaprojektować moduły dla powierzchni KsiężycaDziałać jako część przyszłej bazy księżycowej.