Científicos planean edificaciones inflables para colonizar la Luna


En esta década, múltiples agencias espaciales enviarán astronautas a la Luna por primera vez desde la Era Apolo. Además de la NASA, la ESA, China y Roscosmos, entidades espaciales comerciales como SpaceX y Blue Origin esperan realizar misiones regulares en apoyo de la exploración humana y, al mismo tiempo, montar sus propias empresas privadas. Con el tiempo, esta actividad podría resultar en la creación de una infraestructura permanente, una presencia humana regular y el surgimiento de una economía lunar. Sin embargo, hay muchas preguntas sobre cómo vivirán los humanos en las condiciones lunares y qué tipo de instalaciones se necesitarán.

Con este fin, el especialista en estructuras inflables con sede en Austria, Pneumocell, realizó recientemente un estudio para determinar si las estructuras prefabricadas livianas serían una opción adecuada. Según este estudio, una serie de estructuras inflables en forma de dona podrían transportarse a la Luna a bajo costo, donde luego serían infladas. Los hábitats estarían parcialmente enterrados bajo el regolito lunar y rodeados de espejos solares que podrían dirigir la luz del sol hacia sus invernaderos. Este «Hábitat lunar inflable» ofrece un medio rentable y altamente autosuficiente para establecer un punto de apoyo en la Luna.

El estudio fue dirigido por el CEO de Pneumocell, Thomas Herzig, un arquitecto austriaco que se especializa en el diseño de hábitats autosuficientes para entornos extremos. A él se unieron Gabor Bihari (físico experimental de la Universidad de Debrecen, Hungría) y el Dr. Norbert Kömle, investigador de la Academia de Ciencias de Austria (OeAW). El estudio se realizó en 2021-2022 después de que Pneumocell presentara su idea de un «Hábitat lunar inflable» a la Plataforma de Innovación de Espacio Abierto (OSIP) de la Agencia Espacial Europea (ESA).

El estudio se realizó con el apoyo del programa de Descubrimiento y Preparación de la ESA, que realiza estudios de viabilidad de diseño de nuevos conceptos de misión y ayuda a formular la estrategia de exploración de la ESA. El objetivo del estudio era desarrollar un diseño para un hábitat lunar que pudiera aprovechar los recursos lunares, conocidos como utilización de recursos in situ (ISRU), y lograr la autosuficiencia. El concepto se reduce a tres pasos principales, que consistirían en:

Estructuras inflables ultraligeras prefabricadas.
Cubrir las estructuras con una capa de regolito para una protección eficiente contra temperaturas extremas, meteoritos y radiación cósmica.
El uso de espejos «girasol» que dirigen la luz solar hacia los invernaderos. Durante los períodos de oscuridad, la energía es proporcionada por baterías y/o celdas de combustible.
Las estructuras prefabricadas serían transportadas al sitio de aterrizaje lunar, donde serían infladas y cubiertas con 4 a 5 metros (~13-16,5 pies) de regolito suelto. Encima de cada hábitat, se erigiría una armadura para sostener una membrana de espejo diseñada para seguir al Sol a través del cielo. Los espejos en sí están compuestos de Kapton recubierto de plata, una película de poliimida capaz de soportar temperaturas y vibraciones extremas. Estos dirigen la luz del sol hacia el hábitat, donde un espejo en forma de cono la refleja en el invernadero circundante.

Llegar allí

La estructura liviana y modular de las estructuras prefabricadas las hace muy rentables para transportarlas a la Luna. A partir de esto, Herzig y sus colegas incluyeron un análisis de posibles métodos de transporte (basados en naves espaciales existentes o planificadas) tanto para los módulos como para los astronautas. Si bien indican que SpaceX Starship podría transportar todos los componentes necesarios a la Luna, los servicios de lanzamiento también podrían ser proporcionados por cohetes más pequeños como el Ariane-64, una versión modificada del Ariane 6 que tiene cuatro propulsores de cohetes sólidos.

Esto se combinaría con el European Large Logistics Lander (EL3), un vehículo planificado destinado a cumplir múltiples tipos de misiones propuestas por la ESA a la Luna. También indican que Lunar Gateway no es necesario para realizar el Hábitat Lunar Inflable, aunque podría ser parte de la misión. En la actualidad, la NASA planea enviar los elementos centrales de Gateway, el elemento de potencia y propulsión (PPE) y el puesto avanzado de logística y hábitat (HALO), a la Luna para 2024 y ha contratado a SpaceX para proporcionar los servicios de lanzamiento con un Falcon Heavy. cohete.

Selección del sitio

Pero, por supuesto, la selección del sitio debe realizarse antes de lanzar cualquier misión; de ahí que Herzig y sus colegas consideraran los mejores sitios posibles alrededor de los polos lunares como primer paso. Esto se hizo utilizando datos del Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA y modelos de iluminación basados ​​en estudios geológicos previos de la Luna (Glaser et al. 2015, 2018). Identificaron que las dos mejores ubicaciones eran C1 «Connecting Ridge» entre los cráteres Shackleton y de Gerlache cerca del polo sur y el área H0 cerca del borde del cráter Hinshelwood cerca del polo norte.

Estos sitios ofrecen condiciones de iluminación óptimas y están cerca de las Regiones Permanentemente Sombreadas (PSR, por sus siglas en inglés) o pisos de cráteres que brindan acceso a abundante agua helada cerca de la superficie. Esto es consistente con la lista de los trece sitios de aterrizaje potenciales identificados recientemente por la NASA para la misión Artemis III (que incluía el borde del cráter Shackleton y se basó en datos LRO). Sin embargo, Herzig y sus colegas indicaron que el terreno podría ser demasiado empinado y accidentado, y que podría haber una posible inestabilidad mecánica en el terreno.

Impresión artística de un despegue europeo de la Luna. Crédito: ESA

El equipo también evaluó estos sitios en función de su acceso a la radiación solar, creando un perfil de iluminación en la superficie y la altura de los espejos solares: 10 y 20 metros (33 y 65,6 pies). Calcularon que el período más largo de oscuridad total ininterrumpida es de once días en el sitio H0 del polo norte, mientras que el sitio C1 del polo sur experimenta solo cuatro días. Entre estas dos consideraciones, el sitio del polo norte parece estructuralmente más sólido, mientras que el sitio del sur ofrece mejores oportunidades para una mejor iluminación.

Los Hábitats

Cada hábitat consta de módulos de habitaciones que se pueden conectar con otros para ampliar el hábitat y aumentar el volumen total para la tripulación. En cuanto a los materiales de construcción, el equipo investigó varias posibilidades y recomendó utilizar polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP). Recomiendan específicamente poliuretano termoplástico (TPU) o Mylar para las paredes del hábitat y Dyneema (un compuesto de polietileno laminado entre dos láminas de poliéster) para hacer los tubos que soportan el espejo.

Aquí se muestra una representación de 13 regiones de aterrizaje candidatas para Artemis III. Créditos: NASA

Los módulos principales son invernaderos toroidales (en forma de rosquilla) que tienen pasillos que miden 5,2 m (17 pies) de diámetro y un diámetro total de 22,2 m (72,8 pies). Estos invernaderos están conectados a través de un sistema de túneles con módulos adicionales (áreas de estar y de trabajo) unidos a sus lados exteriores. El equipo recomendó comenzar con un invernadero y agregar módulos adicionales con el tiempo para lograr la siguiente arquitectura:

“[Sugerimos] una “aldea” que consta de 16 unidades de invernadero que se colocan en un arreglo lineal doble para minimizar la proyección de sombra mutua entre las torres de espejos cuando el Sol se mueve a lo largo del horizonte lunar. Los invernaderos, las salas de estar y los túneles de conexión están hechos de láminas inflables de doble capa, mientras que las torres que llevan los espejos superiores son una construcción de bajo peso que consta de tubos de fibra de carbono. Además, una redundancia de los corredores mantiene las partes conectadas incluso si algunas partes se destruyen en un accidente”.

Para ahorrar peso, todos los espejos están hechos de láminas recubiertas de plata que se doblan en la forma correcta mediante carga electrostática. Esto aprovecha una característica clave del regolito lunar, que es su naturaleza cargada que hace que se adhiera a todo (y presenta un gran peligro para la maquinaria y la salud de los astronautas). Los espejos superiores están colocados en ángulo para reflejar la luz solar casi horizontal en el centro geométrico del toro. Desde allí, se refleja a través del espejo cónico en el invernadero a través de una ventana que consta de dos láminas transparentes.

El concepto Hábitat Lunar Inflable. Crédito: ESA/Herzig et al.

Este sistema de espejos podrá proporcionar unos 65 kilovatios (kW) durante un día lunar. Como señalan, esto es necesario para la producción de alimentos, pero podría provocar problemas térmicos:

“Si bien esta energía es necesaria para facilitar de manera óptima la fotosíntesis, rápidamente se sobrecalentaría el invernadero sin un radiador de enfriamiento activo. En nuestro diseño, el sistema de refrigeración funciona con amoníaco y agua como fluidos de trabajo. De esta forma, la temperatura en el interior del invernadero puede mantenerse cercana a los 26°C durante las fases de iluminación. Durante los períodos de oscuridad, el enfriamiento activo se apaga y las persianas enrollables con espejos cubren la ventana para limitar las pérdidas de calor al mínimo.

Luego, consideraron el sistema de soporte vital del hábitat y la producción de alimentos y cómo estos podrían ser parte de un sistema de reciclaje que satisfaga todas las necesidades de los astronautas. Para los requerimientos atmosféricos concluyeron que una mezcla de 35% de oxígeno, 64% de nitrógeno y 1% de dióxido de carbono (CO2) a una presión de 0,5 bar sería ideal para los invernaderos. Esto es ligeramente diferente al de la Tierra, que consiste en un 23 % de oxígeno, un 75,5 % de nitrógeno y un 0,06 % de dióxido de carbono en masa, y donde la presión del aire es de 101,325 kilopascales (1,01325 bar) al nivel del mar.

Todo el sistema es impulsado por energía solar y es cíclico, donde las plantas de invernadero metabolizan el CO2 a través de la fotosíntesis y se crea gas oxígeno como subproducto. Esto no solo repone el suministro de oxígeno para la tripulación, sino que evita la acumulación de CO2 de la exhalación de los astronautas. Mientras tanto, los desechos y excrementos de plantas no comestibles se convierten en abono para crear un fertilizante natural que ayude a mantener la salud del suelo. Durante los períodos de oscuridad, el exceso de CO2 se almacena temporalmente en un contenedor criogénico y se vuelve a introducir durante los períodos de luz diurna. Como señalan Herzig y sus colegas, esto crea un sistema biorregenerativo de circuito cerrado:

“En conjunto, parece posible crear a largo plazo un sistema cerrado, en el que cada unidad de invernadero produzca suficientes alimentos para alimentar a una tripulación de dos humanos sin la necesidad de importar alimentos adicionales de la tierra. En general, creamos [a] pequeña escala un ciclo ecológico sostenible completo como (deberíamos) tener en la Tierra”.

Con información de UniverseToday.com

Deja una respuesta

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Salir /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Salir /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Salir /  Cambiar )

Conectando a %s

Este sitio usa Akismet para reducir el spam. Aprende cómo se procesan los datos de tus comentarios.