Det förflutna, nuet och framtiden för uppblåsbara rymdmiljöer

By | January 30, 2024

Nyligen exploderade en prototyp av uppblåsbar rymdstationsmodul byggd av Sierra Space våldsamt på ett testbänk vid NASA:s Marshall Space Flight Center i Alabama. Under normala omständigheter skulle detta vara en dålig sak. Men i det här fallet var Sierra ivrig att spränga sitt arbete. Det var faktiskt en viss besvikelse när den inte exploderade under ett tidigare test.

LIFE-modulens explosionstest

Det beror på att Sierras team letade efter det maximala sprängtrycket för dess 8,2-meter (26,9 fot) diameter Large Integrated Flexible Environment (LIFE)-modul – en verklig demonstration av hur mycket luft som kunde pumpas in i den expanderande strukturen tidigare. den böjde sig. NASA rekommenderade att de skjuter på strax under 61 PSI, vilket skulle vara fyra gånger det förväntade driftstrycket för en bemannad habitatmodul.

När LIFE-prototypen i full skala revs isär hade den ett internt tryck på 77 PSI. Resultaten hittills ser extremt lovande ut, men Sierra kommer att behöva upprepa testet minst två gånger till för att säkerställa att dess material och konstruktionstekniker tål rymdfärdens påfrestningar.

Sierra siktar tidigast 2026 på ett test i rymden, men även om de lyckas spika datumet (alltid en tveksam utsikter för banbrytande flygprojekt), kommer de fortfarande att vara cirka 20 år sena till festen. Så futuristisk som idén med uppblåsbara rymdstationer kan tyckas, började NASA experimentera med konceptet med expanderbara habitatmoduler redan på 1990-talet, och det fanns praktiska exempel som lanserades i omloppsbana tidigare under årtiondet. 2000.

NASA TransHab

När NASA slutförde planerna för vad vi nu känner som den internationella rymdstationen, förstod man att de flesta komponenterna i orbitalkomplexet skulle behöva passa in i rymdfärjans lastfack. I praktiken innebar detta att stationsmodulerna måste vara till stor del cylindriska till formen och inte mäta mer än cirka 18 m (60 fot). Enbart dessa var inte särskilt svåra att ta itu med, eftersom tidigare amerikanska och sovjetiska rymdstationer stod inför liknande begränsningar från sina respektive bärraketer. Det knepiga var att skyttelns nyttolastutrymme bara var 15 fot (4,6 m) brett.

Även om detta möjliggjorde lite bredare moduler än de som hittills använts för Mir, var en avsevärd nedgradering jämfört med Skylabs “Orbital Workshop”-modul med en diameter på 6,6 m (21,6 fot). När de såg detta som ett potentiellt långsiktigt problem, vände sig NASA-ingenjörer till en idé som ursprungligen hade skapats för ett teoretiskt uppdrag till Mars: en uppblåsbar habitatmodul som kunde packas in i skyttelns nyttolastfack och sedan expandera till sin slutliga storlek på 8 m (26 fot) en gång i omloppsbana och fylld med luft.

Den föreslagna modulen, känd som TransHab, skulle delas upp i flera däck som skulle ge boende- och arbetsområden för astronauter, samt gott om lagringsutrymme. Det skulle finnas sex individuella besättningshytter, ett särskilt träningsområde, medicinska faciliteter, ett fullt utrustat pentry och ett stort bord i förrådsrummet som skulle kunna användas för möten med alla händer eller gruppmåltider.

Tyvärr, på grund av förseningar och kostnadsöverskridanden i det övergripande programmet för den internationella rymdstationen, beordrades NASA att stoppa forskning och utveckling av uppblåsbara moduler som TransHab år 2000. Istället började man bygga en mer förenklad bostadsmodul. som kunde passa in i skytteln, men ironiskt nog avbröts även detta så småningom.

Än idag finns det ingen officiell “habitat”-modul på ISS; istället finns sov-, mat- och träningsmöjligheter utspridda över hela stationen.

Bigelow Aerospace

Medan House Resolution 1654 förbjöd NASA att arbeta på sina egna uppblåsbara stationsmoduler, inkluderade lagförslaget språk som sa att rymdorganisationen kunde hyra en sådan modul om den byggdes av privat industri. När affärsmannen Robert Bigelow fick reda på TransHabs avbokning kontaktade han rymdbyrån och kunde få de nödvändiga rättigheterna för att kommersialisera forskningen de redan hade utfört på uppblåsbara moduler genom hans företag Bigelow Aerospace.

Utvecklingen av TransHab hade till stor del varit konceptuell vid denna tidpunkt, och Bigelow Aerospace tillbringade de närmaste åren med att ta NASAs idéer och förvandla dem till en praktisk testartikel. En av förbättringarna som de gjorde var inkorporeringen av Vectran i den uppblåsbara strukturen. Denna tillverkade fiber, dubbelt så stark som Kevlar, är spunnen av en flytande kristallpolymer och hade tidigare använts i krockkudden, vilket gjorde att Pionjär landa säkert på Mars 1997.

Första Mosebok I

År 2006 hade Bigelow Aerospace utvecklat NASA:s ursprungliga koncept till den grad att de var redo att lansera en fungerande prototyp.

han Första Mosebok I Modulen hade en längd på 4,40 m (14,4 fot) och expanderade från sin ursprungliga diameter på 1,60 m (5 fot 3 tum) vid lanseringen till 2,54 m (8 fot 4 tum) i en operation som tog ungefär 10 sekunder att slutföra. Dess solpaneler gav ström till diagnostiska system ombord och mer än ett dussin kameror som registrerade uppblåsning från både insidan och utsidan av modulen.

Designad för att fungera i sex månader, den Första Mosebok I Modulen överförde data till Bigelow Aerospace i två och ett halvt år innan den slutligen stängdes av. Medan system ombord slutade överföra användbar data, förblev själva strukturen helt intakt utan tecken på tryckförlust eller annan försämring.

Just nu, Första Mosebok I Den förblir i en stabil omloppsbana på 463 x 471 km (287 x 292 mi) med en lutning på 64,5° och är katalogiserad som NORAD 9252 och COSPAR 2006-029A.

Första Mosebok II

Efter framgången med sin första prototypmodul lanserades Bigelow Aerospace Första Mosebok II ett år senare, 2007. Denna andra modul var i stort sett identisk ur en extern och mekanisk synvinkel, men lade till ännu fler kameror, reaktionshjul som gjorde att modulen kunde orientera sig bättre i rymden, ett ballonguppblåsningssystem, förbättrad gas och en förbättrad sensorsvit.

Precis som sin föregångare överförde Genesis II data i mer än två år och förblir i en mycket liknande omloppsbana på 452 x 505 km (280 x 314 mi). Den är katalogiserad som NORAD 31789 och COSPAR 2007-028A.

Bigelow Expandable Activity Module (BEAM)

Efter nästan ett decennium av vidareutveckling försåg Bigelow Aerospace äntligen NASA med en uppblåsbar ISS-modul 2016. Rymdorganisationen betalade 17,8 miljoner dollar för modulen, och den levererades till stationen inuti den trycklösa stammen på en SpaceX Dragon. Därifrån användes robotarmen Canadarm2 för att ansluta BEAM till den bakre porten på Lugn modul.

BEAM expansion fortskrider i sju timmar.

Till skillnad från tvillingen Genesis moduler kunde BEAM utöka både sin längd och diameter. När den packades i Dragon's trunk, mätte den 2,16 m (7 ft 1 tum) lång och 2,36 m (7 ft 9 tum) i diameter. Efter en expansionsprocess som varade i sju timmar, mätte den 4,01 m (13,2 fot) lång med en diameter på 3,23 m (10,6 fot).

En fullt utvecklad uppblåsbar modul skulle ha inkluderat interna tillbehör och utrustning, men eftersom det var en testartikel var BEAMs interiör i huvudsak bara ett öppet utrymme. Efter att ha övervakat modulen i ett år bestämde man sig för att använda den för förvaring och insidan av BEAM försågs med tygpåsar. Efter en teknisk utvärdering 2019 beslutade NASA att modulen skulle förbli ansluten till ISS till åtminstone 2028.

ESA-astronaut Paolo Nespoli inuti BEAM

Tyvärr sade Bigelow Aerospace upp alla sina anställda i mars 2020 och företaget avbröt verksamheten helt 2021. Även om inget officiellt tillkännagivande någonsin gjordes, anses företaget nu vara nedlagt.

Sierra Space

Med Bigelow Aerospace ur tävlingen har Sierra Space blivit den nya branschledaren inom rymdbundna utbyggbara strukturer. Företaget spreds från Sierra Nevada Corporation 2021 och är främst inriktat på att utveckla inte bara modulen Large Integrated Flexible Environment (LIFE), utan också rymdplanet Dream Chaser. Det slutliga målet är vertikal integration: Dream Chaser kommer att transportera besättning och last till en rymdstation som består av LIFE-moduler.

Sierras flerlagers uppblåsbara teknik inkluderar ett Vectran “retentionslager”, som företaget säger gör sina moduler hårdare än stål när de är helt uppblåsta. De har också utvecklat ett sätt att placera öppningar, såsom fönster eller luftslussar, i modulens uppblåsbara väggar samtidigt som de överskrider de tryckklasser som krävs för NASA-certifiering. Denna förmåga lovar att kraftigt utöka den potentiella funktionaliteten hos uppblåsbara moduler, som tidigare endast har designats med öppningar i varje ände av den cylindriska strukturen.

Varje lager av den uppblåsbara strukturen har en specifik funktion.

Modulen som Sierra Space nyligen destruktivt testade var en fullskalig prototyp av vad företaget kallar LIFE 1.0: en struktur med en uppblåst volym på 300 m³, 6 m (19,6 fot) lång och 9 m (29,5 fot) i diameter. och kan lanseras i en standard 5 m (16,4 fot) lastkåpa. Detta skulle göra den kompatibel med raketer som SpaceX Falcon 9 och den nyligen släppta Vulcan från United Launch Alliance.

Nästa utveckling blir LIFE 2.0, som kommer att fördubbla modulens längd till 12 m (39,3 fot) för att uppnå en uppblåst volym på 600 m³ samtidigt som samma diameter bibehålls för att förbli kompatibel med nuvarande bärraketer. Sierra Space har också långsiktiga planer för en LIFE 3.0, en massiv 1 440 m³ modul som skulle ha mer användbar volym än hela den internationella rymdstationen. Med en längd på 16,2 m (53 fot), en uppblåst diameter på 11 m (36 fot) och en packad diameter på 7 m (23 fot), skulle för att sätta LIFE 3.0 i omloppsbana kräva en nästa generations bärraket som t.ex. från NASA. SLS Block 1B Cargo, rymdfarkosten SpaceX eller Blue Origin's New Glen.

Nästa steg

Orbital rev koncept

Enligt Sierra Spaces pressmeddelande kommer 2024 att bli ett hektiskt år. Det kommer att finnas flera fler tester, med föremål i både fullstorlek och underskala, och kommer också att fungera på MMOD-skikten (Micrometeoroid Orbital Debris), vilket kommer att vara avgörande för att skydda modulen från de oundvikliga effekterna som kommer med långvarig rymdfärd .

När det gäller den första praktiska tillämpningen av tekniken, arbetar Sierra Space och Blue Origin tillsammans för att utveckla den kommersiella rymdstationen Orbital Reef, som är planerad att ha minst en LIFE-modul som en del av sin grundläggande konfiguration. NASA tilldelade Orbital Reef-projektet 130 miljoner dollar i december 2021, med målet att det ska vara i drift när den internationella rymdstationen går i pension, vilket för närvarande är planerat till 2030.

Även om det ser ut som att detta inte kommer att hända på ISS, med lite tur, kan NASA:s dröm om att ha astronauter som bor och arbetar på en uppblåsbar rymdstation äntligen bli verklighet före slutet av decenniet.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *