Rinomato studio di architettura Skidmore, Owings &Merrill, creatore di molti dei grattacieli più alti del mondo, ha lavorato a un progetto ancora più impegnativo:un habitat per un futuro Moon Village. La loro proposta è stata sottoposta a rigoroso esame da parte di esperti dell'ESA presso il Concurrent Design Facility dell'Agenzia che valuta le missioni.

Questo processo di revisione ha segnalato vari problemi ma non ha trovato ostacoli allo spettacolo, il che significa qualcosa di simile all'innovativo dell'azienda, una struttura semi-gonfiabile per quattro persone potrebbe finire sulla superficie lunare negli anni a venire.

Skidmore, Owings &Merrill (SOM) ha consultato la facoltà del Dipartimento di aeronautica e astronautica del MIT e l'ESA per il loro studio sulla progettazione dell'habitat. È stato ispirato dalla visione del Direttore Generale dell'ESA Jan Wörner di un villaggio lunare internazionale sviluppato attraverso un'alleanza di pubblico e privato, partner spaziali e non spaziali.

I lavori per lo studio sono iniziati nel 2018, ma quest'anno ha visto il progetto di progettazione dell'habitat sottoposto a uno studio di sei sessioni presso il Concurrent Design Facility (CDF) dell'ESA. Situato nel cuore tecnico dell'Agenzia, a Noordwijk, Paesi Bassi, il CDF riunisce una rete di specialisti spaziali per eseguire valutazioni rapide di nuovi concetti di missione e creare progetti realizzabili.

"Il valore di queste sessioni CDF è che possono eseguire il nostro design oltre ogni esperto necessario in tempo reale, "dice Daniele Inocente, responsabile dello studio presso SOM. "È stata una grande esperienza perché siamo stati in grado di scoprire i fattori limitanti coinvolti nella progettazione per la luna in breve tempo, prendere quelli a bordo e identificare potenziali risposte."

"Questo studio guarda chiaramente al futuro, oltre l'orizzonte delle attività di esplorazione lunare attualmente pianificate, " spiega Advenit Makaya, responsabile dello studio all'ESA. "Ma è stato un esercizio molto interessante per i vari esperti dell'ESA, collaborare con esperti di architettura, per identificare e affrontare i driver e i modi in cui questo design innovativo potrebbe essere implementato sulla luna".

"La collaborazione a questo progetto, combinando le migliori idee e competenze del SOM e degli esperti dell'ESA, è un ottimo esempio di come l'ESA desideri non solo sviluppare programmi futuri, ma anche essere promotore di altre iniziative che contribuiscono al bene comune, " commenta Isabelle Duvaux-Béchon, dal dipartimento di coordinamento delle politiche e dei programmi dell'ESA.

Gonfiabilità per il massimo spazio nello spazio

Prendendo come punto di partenza il modulo gonfiabile BEAM attualmente collegato alla Stazione Spaziale Internazionale, SOM ha progettato una struttura a guscio semi-gonfiabile per offrire il più alto rapporto volume/massa possibile. Una volta gonfiato sulla superficie lunare, raggiungerebbe circa il doppio del volume interno originario.

Daniel spiega:"All'interno abbiamo pensato molto all'esperienza umana, in termini di condizioni di luce, architettura flessibile che può essere riconfigurata secondo necessità, e anche spazio dal pavimento al soffitto alto:un sesto G lunare significa che i membri dell'equipaggio possono raggiungere molto più in alto, e lo incoraggiamo utilizzando barre di presa e altri semplici ausili. Jeffrey Hoffman, astronauta della NASA in pensione, Professore presso il Dipartimento di Aeronautica e Astronautica del MIT, ci ha dato un feedback sul miglioramento dello spazio abitativo e lavorativo dalla sua esperienza personale."

Il sito prescelto è stato descritto come l'immobile più desiderabile del Sistema Solare:il bordo del cratere Shackleton accanto al Polo Sud lunare. Evitando le paralizzanti temperature estreme dei giorni e delle notti lunari di due settimane, questa posizione offre luce solare quasi continua per l'energia solare, una visione continua della Terra e l'accesso ai depositi di ghiaccio d'acqua lunari nei crateri adiacenti permanentemente in ombra.

L'habitat a quattro piani sarebbe stato gonfiato localmente dagli astronauti o tramite rover teleoperati dalla stazione Gateway intorno alla luna. Manterrebbe il suo equipaggio di quattro persone vivo e a suo agio per un massimo di 300 giorni al momento.

Pericolo:radiazioni

Originariamente il progetto prevedeva un soggiorno di 500 giorni, ma questo obiettivo ha dovuto essere riesaminato a causa di uno dei vincoli più impegnativi della vita sulla luna:le radiazioni. Poiché la luna è ben al di fuori dello scudo magnetico protettivo della Terra per la maggior parte della sua orbita, è soggetta alle radiazioni ionizzanti del Sole e dello spazio profondo.

"L'analisi delle radiazioni CDF ci ha fornito una migliore indicazione dei limiti di esposizione e di durata, quindi abbiamo dovuto cambiare il nostro obiettivo di base, " commenta Daniele.

"Allo stesso modo, inizialmente avevamo previsto di avere l'alloggio dell'equipaggio al piano superiore, ma spostato a un livello inferiore, fungere anche da rifugio dell'equipaggio contro le tempeste solari. Questo livello memorizzerebbe anche il nostro sistema di supporto vitale, offrendo ulteriore schermatura contro le radiazioni. C'è anche la possibilità di rivestire la struttura con materiale lunare oppure acqua di provenienza locale, per aumentare ulteriormente la protezione dell'equipaggio."

Mantenere gli equipaggi in vita e in salute

Con uno sguardo al futuro, l'habitat combina i tradizionali sistemi di supporto vitale con i sistemi rigenerativi a ciclo chiuso, ha lavorato attraverso il programma MELiSSA di lunga data dell'ESA, con l'ulteriore vantaggio di consentire la coltivazione in loco del cibo.

Il fabbisogno energetico dell'habitat, stimato in 60 kilowatt dall'esperienza della ISS, verrebbe soddisfatto utilizzando una centrale solare adiacente o un reattore a fissione distribuito in superficie.

Altrettanto importanti sarebbero i radiatori, necessario per smaltire il calore disperso e mantenere una temperatura interna confortevole delle maniche della camicia di 22°C. Il team CDF, attingendo all'esperienza passata del cacciatore di comete Rosetta dell'ESA, proposto di aggiungere 'lamelle' chiudibili per controllare l'emissività del radiatore durante le brevi ma fredde notti polari.

Opzioni di atterraggio e di avvio

Un altro fattore chiave del design è ridurre al minimo il contatto con appiccicosi, polvere lunare abrasiva. Come spiega Daniel:"Atterreremmo effettivamente l'habitat a una certa distanza dalla sua destinazione finale e lo trasporteremmo sul posto via terra, perché l'atterraggio del lander solleverà molta polvere, dannoso sia per le persone che per le apparecchiature. E l'habitat si interfaccerebbe con gusci di camera d'equilibrio separati dedicati a rispolverare tute spaziali e attrezzature, per mitigare davvero la quantità di polvere nell'habitat."

Una delle maggiori sfide segnalate dalla CDF è effettivamente arrivarci. L'habitat, compresa tutta la sua attrezzatura interna premontata, avrebbe una massa superiore a 58 tonnellate, che andrebbe oltre lo scopo dei veicoli di lancio attualmente operativi.

Daniel aggiunge:"Guardando oltre il breve termine, abbiamo considerato due opzioni, uno dei quali è il prossimo lanciatore Space Launch System della NASA, e l'altro è l'astronave di SpaceX, che non avrebbe problemi con i nostri requisiti di massa, ma è ancora in una fase iniziale di sviluppo."

Una volta che il primo habitat è a posto, il team SOM prevede moduli aggiuntivi che lo affiancano a loro volta, personalizzato per funzioni specifiche come ricerca, produzione, cultura del cibo e turismo, permettendo alla base di espandersi in un villaggio, poi alla fine una città.

Come conclude Daniel:"Stavamo lavorando solo part-time al Moon Village, ma il progetto ha informato il nostro pensiero sui grandi edifici terrestri come i grattacieli e gli aeroporti sia in modo qualitativo che quantitativo. Sulla Terra le richieste non sono così assolute come lo spazio, ma l'esperienza offre modi per migliorare le nostre metodologie di progettazione, come la scelta dei materiali, tecnologie edilizie integrate e minimizzazione degli impatti ambientali.

"E lo sforzo di progettare questo habitat è utile di per sé. Sarebbe estremamente costoso da costruire, tecnicamente impegnativo, ma è concepibile dato il tasso di miglioramento della tecnologia e dell'ingegneria e ci fornisce un obiettivo a cui aspirare, proprio come pianificare la costruzione del prossimo, grattacielo più alto o progettare una città terrestre del futuro."