Lunar Gateway: Ensimmäisen askeleen rakentaminen tähtiin

Seuraava avaruusasema

Avaruustutkimuksen historiassa avaruusasemat ovat olleet tärkeä virstanpylväs, koska ne ovat antaneet avaruusjärjestöille mahdollisuuden kehittää ja testata lukemattomia järjestelmiä, joita tarvitaan pitkäaikaiseen avaruudessa läsnäoloon. Ne myös antoivat meille käsityksen painottomuuden vaikutuksista ihmiskehoon ja tarjosivat turvallisen rakenteen, josta voidaan tehdä monia tieteellisiä kokeita.

Kun ISS:n odotetaan alkavan kiertoradalta muutaman vuoden kuluttua, saattaa vaikuttaa siltä, ​​että uudempi kiinalainen avaruusasema Tiangong, nyt avataan muille kuin kiinalaisille astronauteille, todennäköisesti ensin venäläisille astronauteille, tulee olemaan suurin asuttu rakennelma avaruudessa lähitulevaisuudessa.

Kiina suunnittelee kaksinkertaistaa aseman 3:sta 6 moduuliin tulevina vuosinaTämä nostaisi sen massan 180 tonniin eli vain 40 prosenttiin ISS:n 450 tonnista.

Lähde: wikipedia

Mutta tämä on väärin, koska rakennetaan paljon kunnianhimoisempaa projektia kuin ISS:ää: Lunar Gateway.

Lunar Gateway on Artemis-ohjelman kulmakivi, sarja syväavaruustehtäviä, joiden tarkoituksena on tuoda länsimaiset astronautit takaisin Kuuhun. Voit lukea yleiskatsauksen Artemis-tehtävistä ja niiden perusteista kohdasta "Artemis-tehtävä: Lennä minut kuuhun (taas)".

Lunar Gatewaysta tulee lopulta ankkuripiste tuleville Artemis Moon -laskuille ja niihin liittyville tehtäville. Se on myös ensimmäinen syväavaruusasema, joka kiertää toista taivaankappaletta kuin Maata ja joka sijaitsee noin 350,000 210,000 km:n päässä Maasta (400 250 mailia), kun taas ISS kiertää vain XNUMX km yläpuolellamme (XNUMX mailia).

Miksi rakentaa Lunar Gateway?

Sovitus Artemis Designiin

Artemis-tehtävät tähtäävät pitkiin päiviä ja viikkoja kestäviin oleskeluihin Kuussa ja lopulta paikan pysyvään asutukseen.

Osaat lukea yksityiskohtainen selostus Artemis-ohjelmasta äskettäin julkaisemassamme erityisraportissa.

Tämä tarkoittaa, että paljon materiaalia, varaosia, resursseja, henkilökuntaa ja mahdollista apua on sijoitettava Kuu-lentojen välittömään läheisyyteen, ei vähintään useiden päivien päässä, vaikka oletetaan, että raketti on valmis laukaisuun välittömästi. Tästä syystä Artemis-tehtävä IV on suurelta osin omistettu Kuuta kiertävän avaruusaseman, Lunar Gatewayn, rakentamiseen.

Lähde: Tutustu Deep Spaceen

Artemis IV:n tarkka päivämäärä on epäselvä, koska ohjelma on kärsinyt toistuvista viivästyksistä. Tällä hetkellä Artemis II:n on määrä tapahtua huhtikuussa 2026, jolloin Artemis III laskeutuu ensimmäisenä ihmisen kuuhun.

Aikajana "ei aikaisintaan 2027". Gatewaylle omistettu NASA-verkkosivusto pitäisi luultavasti ymmärtää realistisemmin vuosiksi 2028-2030.

Lunar Gateway turvasatamana

Pölynpoiston torjunta

Yleisesti ottaen NASA ja avaruusjärjestöt suhtautuvat paljon myönteisemmin pitkäaikaisiin avaruusasemilla vietettyihin avaruusmatkoihin kuin Kuun pinnalla vietettyihin avaruusmatkoihin. Tämä johtuu siitä, että niillä on paljon kokemusta ISS:n kanssa tehtävästä työstä.

Sitä vastoin Kuu esittää joukon ainutlaatuisia haasteita.

Ensimmäinen on kuun pölyn läsnäolo. Toisin kuin maan pöly, ilmakehän ja eroosion puuttuminen tarkoittaa, että kuun pöly on valmistettu erittäin terävistä ja hankaavista mikrohiukkasista.

Lähde: National Institute of Standard and Technology

Tämä todennäköisesti vahingoittaa nopeasti pinnalla olevia avaruuspukuja, sinettejä ja varusteita. Joten pölyttömän turvallisen tilan omistaminen, kun et tutki Kuuta, saattaa olla hengenpelastaja Artemis-astronauteille.

"Hartikkelit ovat rosoisia miljoonien vuosien mikrometeoroidisten iskujen seurauksena, tahmeita kemiallisten ja sähköisten voimien takia ja erittäin pieniä. Pienilläkin määrillä kuun pölyä voi olla suuri vaikutus laitteisiin ja järjestelmiin."

Josh Litofsky – Projektipäällikkö, joka johtaa Gatewayn Kuun pölyn tarttuvuuden testauskampanjaa

Säännöllinen matka Kuuhun voi viime kädessä vaikuttaa myös Lunar Gateway -yhdyskäytävään, jos astronautit matkustavat takaisin asemalle liikaa kuupölyä, mikä johtaa pölyn kertymiseen aseman ulkopuolelle (ja toivottavasti ei yhtään sen sisälle).

Tästä syystä NASA työskentelee Gateway On-Orbit Lunar Dust -mallinnus- ja -analyysiohjelmassa (GOLDMAP), jonka pitäisi ennustaa, kuinka pöly voi liikkua ja laskeutua Gatewayn ulkopinnoille.

Varhaiset GOLDMAP-simulaatiot ovat osoittaneet, että kuun pöly voi muodostaa pilviä Gatewayn ympärille, jolloin suurempia hiukkasia tarttuu pintoihin.

Kotileirin järjestäminen

Toinen syy Gatewayn rakentamiseen on se, että se tarjoaa paljon säilytys- ja elintilaa, jota ei tarvitse laskeutua Kuuhun. Tämä säästää rahaa ja teknistä kapasiteettia, koska Kuun kiertoradalle voidaan asentaa suurempi massa ja tilavuus.

Lopuksi, lähellä sijaitsevana itsenäisenä tukikohtana se tarjoaa astronauteille varapaikan siltä varalta, että Kuun pinnalla tapahtuu jotain vikaa tutkimisen aikana. Mikrometeoriitit tai tekniset viat voivat tehdä Kuun elinympäristöistä sopimattomia elämälle, eivätkä astronautit voi noin vain mennä evakuointikapseliin kuten ISS:llä, jos näin tapahtuu. He tarvitsevat tukikohdan mahdollisimman lähelle.

Näiden kriittisten tehtävien lisäksi Lunar Gateway tarjoaa myös palveluita Kuun tutkimustehtävälle, kuten nopeat tietoliikenneyhteydet, kerättyjen Kuun kivinäytteiden varastointi ja välittäminen Maahan, Kuun pinnan skannaus resurssien, kuten veden, varalta jne.

Gateway-arkkitehtuurin yleiskatsaus

Gateway rakennetaan 7 päämoduulista, joihin astronauteja Maasta Kuun kiertoradalle kuljettava kapseli Orion kiinnittää:

• Yhdistyneiden arabiemiirikuntien tarjoama Crew & Science Airlock avaruuskävelyjen suorittamiseen.
• Euroopan avaruusjärjestö ESA ja Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) tarjoavat Lunar-I-Habin asuintiloineen ja elämisen tukena.
• HALO, jonka tarjoavat Northrop Grumman ja NASA, miehistön asuinalue.
• Lunar View, myös ESA, tavaratila ja suuret ikkunat.
• Teho- ja propulsiojärjestelmät, mukaan lukien 60 kW sähkötehoa aurinkopaneeleista, eniten koskaan tuotettu avaruusaluksessa.
• Logistiikkamoduuli on tarkoitettu rahdin toimittamiseen ja tuleviin tieteellisiin kokeisiin sekä avaruusasemalla että sen ulkopuolella. Se perustuu SpaceX:n Dragon XL -satelliittiin ja on optimoitu kuljettamaan yli viiden tonnin rahtia Gatewaylle kuun kiertoradalla.
• Kanada toimittaa myös robottikäsivarren Canadarm3, joka pystyy liikkumaan aseman eri osiin.

Lähde: NASA

(Voit myös nähdä täysin animoitu 3D-malli Lunar Gatewaysta tästä linkistä.)

Lunar Gatewayn rakentaminen

Power and Propulsion Element (PPE) rakentaa Maxja Northrop Grummanin rakentama Habitation and Logistics Outpost (HALO). (NOC ) ja molemmat laukaistaan ​​ensin SpaceX Falcon Heavy -raketilla.

HALOon asennetaan suuri antenni HALO Lunar Communication System, jonka on kehittänyt ESA. Viestintäveloitus on muutama Kb/s aina 25 Mb/s asti etäisyydestä riippuen ja kuluttaa jopa 600W.

PPE-aurinkopaneelin toimittaa JAXA, joka varustaa sen myös paristoilla, kun avaruusasema ei ole auringonpaisteessa.

Lähde: NASA

HALO ja PPE matkustavat noin vuoden kuun kiertoradalle käyttämällä korkeatehoista aurinkosähkövoimaa ja Maan, Kuun ja Auringon painovoimaa saavuttaakseen määränpäänsä.

Sitten Artemis 4 tuo kuun kiertoradalle miehistöidyn Orion-avaruusaluksen ja Lunar I-Hab Gatewayn, joka telakoidaan HALO-moduuliin.

Lähde: NASA

Loput moduulit tuodaan myöhemmin.

Artemis V tuo Lunar View -moduulin ja Human Landing System -avaruusalus telakoituu Gatewaylle.

Artemis VI -operaation aikana Arabiemiirikuntien toimittamat Gateway's Crew ja Science Airlock Mohammed Bin Rashid avaruuskeskus, joka mahdollistaa miehistön ja tieteen siirrot avaruuden tyhjiöön ja sieltä pois.

Kanadan tärkein panos on Canadarm3, robottikäsivarsi Kuun Gatewayn ulkopuolelle. Tämä on päivitys aiemmasta Canadarm1, joka asennettiin jokaiseen avaruussukkulaan, ja Canadarm2, joka asennettiin ISS:lle.

Se auttaa Gatewayn kunnossapidossa, korjauksessa ja tarkastuksessa, kaappaa vierailevia ajoneuvoja, auttaa astronautteja avaruuskävelyjen aikana ja mahdollistaa tieteen Gatewayn kuukiertoradalla.

Lähde: NASA

Gateway on soikea kiertorata tarjoaa pääsyn sekä kuun pohjois- että etelänavalle kiertoradan havainnointiin.

Lunar Gateway -kokeet

Vaikka Gatewayn ensisijainen tehtävä on tukea miehitettyjä Kuun tutkimustehtäviä, se suorittaa myös omia tieteellisiä kokeitaan.

Suuri osa Gateway-avaruusasemalla tapahtuvasta alkuperäisestä tieteestä keskittyy Auringon ja syvän avaruuden säteilyyn.

ESA toimittaa sisäisen dosimetrijärjestelmän (IDA), JAXA:n toimittamilla instrumenteilla Gatewayn sisällä olevan mahdollisen säteilyn tutkimiseksi.

Sillä välin Heliophysics Environmental Radiation Measurement Experiment Suite (HERMES) ja European Radiation Sensors Array (Ersa) ottaa kyydin HALOn ulkopinnalle mitatakseen säteilyä avaruusaseman ympärillä.

Tämä on tärkeä kerättävä tietojoukko, sillä Lunar Gateway on ensimmäinen avaruusympäristö Maan suojaavasta magnetosfääristä. Sellaisenaan säteilytasot ovat korkeammat ja paljon korkeammat aurinkomyrskyjen aikana.

Lähde: NASA

Säteilyinstrumentit ovat myös aktiivisia, kun Gateway-komponentit siirretään kohti Kuun kiertorataa, joka kulkee Van Allenin säteilyvyöhykkeiden läpi, maata ympäröivän alueen, jossa planeettamme magneettikenttä vangitsee korkean energian hiukkasia.

Joten nämä mittaukset edistävät tutkijoiden tietämystä avaruussäästä, jotta he ymmärtävät säteilyn sekä ihmisille että materiaalille aiheuttamia riskejä.

Tämä on ratkaisevaa tietoa tuleville Marsiin suuntautuvalle avaruuslennolle, jossa on useita kuukausia tai jopa vuosia matkustava syvä avaruus samankaltaisen säteilyaltistuksen yhteydessä.

Lunar Gatewayn tulevaisuus

Koska Kuuportin käyttöiäksi on alun perin odotettu 15 vuotta, on todennäköistä, että sen päätehtävänä on enimmäkseen Kuun tutkiminen.

Se saattaa kuitenkin olla reittipiste ensimmäiselle miehitetylle Mars-matkalle. Syynä on, että siihen mennessä ISS ei ehkä ole enää käytössä. Mutta olisi erittäin järkevää, että astronauteilla olisi karanteeni ja harjoitteluaika kiertoradalla ennen lähtöä monivuotiselle matkalle. Joten ne voitaisiin ensin kuljettaa Lunar Gatewaylle ja sitten avaruusalukseen (tai kenties SpaceX-avaruusalukseen?), joka matkustaa Marsiin.

Syvässä avaruudessa täysin toimiva elinympäristö, joka on varustettu ilmalla, ruoalla, miehistöllä, energialla ja laitteilla, saattaa tehdä Lunar Gatewaysta hyvän toimintaperustan ihmisille, joita mahdollisesti tarvitaan tulevan Marsin avaruusaluksen valmistelussa.

Tulevaisuuden avaruusympäristöt

Kuusikulmaiset elinympäristöt

Ennen kuin astutaan (vielä tieteiskirjallisuuden) valtaviin avaruusympäristöihin, jotka pystyvät käsittelemään satoja tai jopa miljoonia ihmisiä, avaruuden valmistuksen on edistyttävä vakavasti.

Todennäköisin ensimmäinen askel on luopua ISS:ssä ja Lunar Gatewayssa käytetystä, testatusta modulaarisesta järjestelmästä.

Sen sijaan avaruudessa tarvittavien komponenttien kokoaminen on todennäköisesti paljon tehokkaampaa.

Yksi vaihtoehto on Aurelia-instituutin ehdottama vaihtoehto:

”Kun ihmiskunta lähestyy avaruuslentolajiksi tulemista, kasvamme nopeasti yli pienet, sylinterimäiset putket, jotka ovat määrittäneet avaruuslentojen ensimmäisen vuosisadan.

Tulevaisuus on itsekokoavissa, mukautuvissa ja uudelleenkonfiguroitavissa rakenteissa."

Ajatuksena olisi käyttää itsekokoontuvia kuusikulmiomoduuleja massiivisten geodeettisten rakenteiden rakentamiseen meille tuttujen esivalmistettujen ja maan päällä koottujen sylinterimäisten moduulien sijaan.

Yksi tällainen esimerkki on TESSERAE.

Lähde: Aurelia-instituutti

Tämä hyödyntäisi Starshipin kaltaisten rakettien (150-200 tonnia) ehdottoman massiivista nostokapasiteettia, johon avaruusasemien suunnittelijoilla ei ole koskaan ollut pääsyä.

Voit lukea lisää tästä konseptista osoitteesta ensimmäinen tieteellinen julkaisu vuodelta 2016 kirjoittanut MIT-tutkija Ariel Ekblaw.

Toisen esimerkin on kehittänyt Ajattele Orbitalia, joka pyrkii luomaan avaruuteen jalkapallomaisen rakenteen, jonka halkaisija on 4.5–20 m (15–65 jalkaa) ja jonka tilavuus on 300–4000 m3.

Lähde: Ajattele Orbitalia

Puhallettavat avaruusympäristöt

Toistaiseksi kaikki avaruusasemat on rakennettu käyttämällä jäykkiä, maapohjaisia ​​ja koottuja moduuleja. Uusi konsepti alkaa haastaa tätä suunnittelua, puhallettavat avaruusympäristöt.

Tämä ajatus perustuu materiaalitieteen edistymiseen, esim Vectran, kuitu, joka on valmistettu nestekidepolymeeristä (LCP), materiaali on 5x vahvempi kuin teräs ja 10x vahvempi kuin alumiini.

Lockheed Martin (LMT ) is on jo testannut tätä konseptia, sekä ILC Dover, Ingersoll Randin tytäryhtiö (IR ) ja Sierran avaruus.

Tämä suunnitteluidea lupaa paljon suuremman asumistilan samalle massalle kuin klassiset moduulit. Se mahtuu myös useimpien kantorakettien rajoitettuun määrään, mikä voi olla yhtä kriittinen rajoitus kuin suurien laitteiden kokonaismassa.

Näitä puhallettavia elinympäristöjä voitaisiin käyttää avaruusasemille, mutta myös Kuu- tai Mars-pohjaisille pysyville asemille.

Aldrin Cycler

Lunar Gatewayn jälkeläinen voisi olla niin kutsuttu Aldrin Cycler tai Mars Cycler, joka kiertäisi pysyvästi siten, että se tulee säännöllisesti sekä Maan että Marsin läheisyyteen (alla vihreällä, punainen on Marsin kiertorata ja sininen Maan kiertorata).

Lähde: Ethan MacDonald

Tällä tavalla voit rakentaa pysyvän avaruusaseman, jossa ihmiset voivat kulkea Marsiin ja sieltä pois minimaalisella polttoainetarpeella.

Siinä voisi olla raskaampi säteilysuojaus ja lähiruokatuotanto sekä mukavammat ja tilavammat huoneet ja liikuntatilat pitämään ihmiset kunnossa painovoiman puuttumisesta huolimatta.

Tämä täyttäisi samanlaisen tehtävän kuin Lunar Gateway tarjoamalla astronauteille turvallisemman ja tilavamman ympäristön kuin avaruusalus, mutta tällä kertaa Marsin tutkimustehtäviin.

Tällainen asennus olisi todennäköisesti välttämätön kaikkeen kehittämiseen Marsin talous, mukaan lukien henkilöstön kauttakulku tai avaruusmatkailu.

Paikallinen resurssien käyttö

Kaiken nostaminen kiertoradalta maksaa silti tuhansia dollareita kiloa kohden. Tämä pätee ruokaan, veteen, jopa ilmaan ja tekee kaikista todella suurista avaruusrakenteista tai avaruusaluksista kohtuuttoman kalliita.

Ja vaikka superraskaat kantoraketit, kuten optimoitu Starship, tulisivat yleisiksi ja niitä valmistetaan massa, tämä hinta todennäköisesti pysyy yli 100-200 dollaria/kilo.

Tämä sulkee pois jotkin ratkaisut, jotka olisivat erittäin tehokkaita, mutta vaativat liikaa materiaalia, kuten esimerkiksi metrin paksuisen vesikerroksen syvän avaruuden säteilyn pysäyttämiseksi.

Kuitenkin, jos Kuun tai asteroidin resursseja voitaisiin käyttää, tämä muuttaisi yhtälön kokonaan.

Esimerkiksi pienikin komeetta voisi tarjota miljoonia tonneja vettä, joka riittää rakentamaan säteilysuojaimia avaruuden elinympäristöille ja massiivisia avaruusviljelmiä ruokkimaan astronautit ilman, että heidän tarvitsee nostaa ruokaa maasta ollenkaan.

Samaa voidaan sanoa avaruusasemista. Pitkällä aikavälillä massatuotetut raskaat rauta-/teräs-/titaani-/alumiinipaneelit ja -palkit muodostavat todennäköisesti avaruusympäristöjen rakenneosat, ja raaka-aineet tulevat asteroidikaivoksista tai kuussa sijaitsevista valimoista. Samoin Kuutukikohdat voidaan rakentaa 3D-tulostetusta regoliitista, tuontimateriaalien sijaan.

Yhteenveto

Lunar Gateway on kunnianhimoinen projekti, jonka tavoitteena on saada aikaan monia ensiasioita: ensimmäinen syvän avaruuden miehitetty asema, ensimmäinen Kuun kiertoradan pysyvä miehitys, ensimmäinen maan ulkopuolinen asutus, joka ei ole LEO:ssa (Low-Earth Orbit).

Samalla tämä on ISS:n kaltainen projekti: se perustuu monikansalliseen yhteistyöhön, rakentuu aikaisemmilla avaruusasemilla testattuun modulaariseen suunnitteluun ja on suunniteltu ensisijaisesti tieteellisiin kokeisiin ja avaruustutkimukseen.

Se saattaa olla myös viimeinen tällaisista avaruusasemista, koska suuremmat kantoraketit avaavat uusia mahdollisuuksia radikaalisti erilaisilla suunnittelufilosofioilla.

Tämä voi olla modulaarisia itsekokoavia paneeleja, puhallettavia asemia tai jopa myöhemmin avaruuteen lähetettävää kaivoslaitteita ja valimoa paikan päällä tapahtuvaa valmistusta varten.

Mutta mikään näistä hankkeista ei toteudu ilman Kuuporttia, jolloin ihmiskunta astuu pois Maan suojeluksesta ja asettuu pysyvästi tyhjyyteen satojen tuhansien kilometrien päähän.

Artemikseen linkitetty yritys

Lockheed Martin

Lockheed Martin on yksi maailman suurimmista ilmailu- ja puolustusalan yrityksistä, josta kirjoitimme yksityiskohtaisesti marraskuussa 2025 artikkelissa ”Lockheed Martin (LMT) Spotlight: Puolustus- ja ilmailualan johtaja".

Lyhyesti sanottuna tämä on yritys, joka on sellaisten lentokoneiden takana Black Hawk -helikopterit tai F-16, sekä kehittyneitä laitteita, kuten F-35, lentävät tutkakoneet tai logistiikkalentokoneita, kuten C-5-galaksi & C-130J Super Hercules.

Lähde: Lockheed Martin

Se on myös joidenkin Yhdysvaltain armeijan tärkeimpien ohjusjärjestelmien valmistaja, kuten JAASM, Keihäs, ATACMSja HIMARS, jonka kysyntä on erittäin suuri Ukrainan konfliktin aiheuttaman varastojen ehtymisen jälkeen.

Se on myös tärkeä ohjustentorjuntajärjestelmien, kuten laivaston, toimittaja AEGIS ja THAAD (Terminal High Altitude Area Defense) ballistisia ohjuksia vastaan.

Lähde: Lockheed Martin

Aseet eivät kuitenkaan ole kaikki, mitä yhtiöllä on. Lockheed on johtava urakoitsija Orion-avaruusaluksen suunnittelussa, kehitystestauksessa ja tuotannossa, mikä saattaa olla vähiten kiistanalainen osa koko Artemis-ohjelmaa.

Orion sisältää Callisto, ääniohjattava tekoälyavustinjärjestelmä, yhteistyössä Amazonin Alexan kanssa (AMZN ), joka sisältää myös testin videokeskustelutuelle Earthista yhteistyössä Ciscon kanssa (CSCO ).

Lähde: Lockheed Martin

Laajentuisiko ohjelma lopulta halvempien ja useammin käynnistettävien Starshipin ansiosta? Tämä voisi vauhdittaa myös Orionin tuotantoa.

Liittyy myös Artemikseen, Lockheed on ilmoittanut saaneensa päätökseen kuun aurinkoryhmän prototyypin kriittiset testit jotka voivat toimia Kuun etelänavoilla. Se kuitenkin hävisi Leidokselle (LDOS ) Artemis Rover -ohjelman projekti.

Yhtiö on aktiivinen muissa avaruusohjelmissa, kuten GOES-R sääsatelliitit, asteroidinäytteiden kerääminen Osiris-Rex, Jupiter-luotain kesäkuuta, puettava säteilysuojaliivi AstroRad,

Kaiken kaikkiaan keskeisistä sotilaallisista järjestelmistä yhtä tärkeisiin avaruusajoneuvoihin ja ohjelmiin Lockheed Martin on amerikkalaisen innovaation eturintamassa ja näyttää pitäneen etunsa paljon terävämpänä kuin monet suuret puolustusurakoitsijansa kilpailijat. Yrityksen pitäisi hyötyä Artemis-ohjelman myöhemmistä iteraatioista sekä monista muista syväavaruuteen ja Marsiin keskittyvistä tehtävistä pitkällä aikavälillä.

Uusin Lockheed Martinista