Chương trình Artemis hàng đầu của NASA nhằm mục đích đưa con người trở lại bề mặt mặt trăng và cuối cùng là xây dựng một tiền đồn lâu dài trên mặt trăng. Các nhiệm vụ có phi hành đoàn đầu tiên của chương trình, Artemis 2 và 3, gần đây đã bị trì hoãn gần một năm để giải quyết những thách thức kỹ thuật ảnh hưởng đến sự an toàn của phi hành đoàn. Artemis 3 có thể trượt xa hơn do lộ trình phát triển dài của tàu đổ bộ mặt trăng Starship. Tuy nhiên, những trở ngại này không làm giảm tham vọng của NASA về tương lai lâu dài của chương trình mặt trăng. Một bài báo gần đây của ba kỹ sư hàng không vũ trụ cung cấp những chi tiết đầu tiên về nội thất của Foundation Surface Habitat, nơi sẽ trở thành ngôi nhà lâu dài đầu tiên của nhân loại trên Mặt trăng.
Môi trường sống trên bề mặt của Tổ chức sẽ tạo thành trung tâm của Trại căn cứ Artemis của NASA. Từ trên xuống dưới, nó bao gồm một bộ phận bơm hơi hai tầng, một bộ phận kim loại một tầng và một tầng đổ bộ. Xe thám hiểm Lunar Cruiser điều áp của JAXA ở bên phải. Tín dụng: Trung tâm bay vũ trụ Marshall của NASA.
Mục tiêu cuối cùng của chương trình Artemis là thiết lập một tiền đồn nghiên cứu trên bề mặt mặt trăng. Cơ sở này, được gọi là Trại căn cứ Artemis (ABC), sẽ nằm gần cực nam mặt trăng để tiếp cận các lớp băng nước trong các miệng hố bị che khuất vĩnh viễn. Nó sẽ có các máy thám hiểm điều áp và không điều áp, hệ thống năng lượng hạt nhân, tàu đổ bộ chở hàng phục vụ hậu cần và các thiết bị địa vật lý và thiên văn học. Nền tảng của trại căn cứ sẽ là Môi trường sống trên bề mặt nền tảng (FSH) lớn. Các phi hành gia sẽ sống trong môi trường sống từ một tháng trở lên mỗi lần. Hai trong số bốn thành viên phi hành đoàn sẽ dấn thân vào vùng hẻo lánh của mặt trăng để thu thập các mẫu trong một chiếc xe tự hành điều áp. Trong khi đó, các đồng nghiệp của họ sẽ nghiên cứu các mẫu mà họ thu thập được bên trong môi trường sống.
NASA đã xác định được 13 khu vực hạ cánh ứng cử viên gần Cực Nam Mặt Trăng cho sứ mệnh Artemis 3. Tín dụng: NASA.
Foundation Habitat sẽ không ra mắt trong một thập kỷ trở lên. Nó vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu và NASA đang liên tục cải tiến thiết kế của mình nhằm tối đa hóa sự thoải mái và năng suất của phi hành đoàn. Tuy nhiên, các đặc điểm chung của môi trường sống vẫn không thay đổi kể từ năm 2021. Khái niệm Môi trường sống của Tổ chức quy định cấu trúc ba tầng. Tầng dưới cùng là một mô-đun kim loại có khóa gió, trong khi hai tầng trên nằm bên trong một khối bơm hơi sẽ cung cấp cho phi hành đoàn không gian rộng rãi để sống và làm việc. Phần kim loại có đường kính 13 feet (4 mét), trong khi phần bơm hơi có đường kính 21 feet (6,5 mét) [1].
Trại căn cứ Artemis sẽ là tiền đồn mặt trăng đầu tiên của loài người. Các phi hành đoàn sẽ nghiên cứu lịch sử của Mặt trăng và Hệ mặt trời bằng cách sử dụng (từ trái sang phải) Môi trường sống trên bề mặt nền tảng, một tàu thám hiểm điều áp và Phương tiện địa hình mặt trăng. Tín dụng: NASA.
Trong khi bên ngoài của môi trường sống đã được mô tả trong nhiều bản vẽ, thì bên trong của nó lại nhận được ít sự chú ý hơn của công chúng. Vì lý do này, một bài báo gần đây năm 2022 về Foundation Habitat đã giúp bạn hiểu rõ hơn. Tài liệu có tiêu đề “Bố cục bên trong của Môi trường sống trên bề mặt Mặt trăng” được soạn thảo bởi Callie Burke, Robert Howard và Paul Kessler [ 2 ]. Bất kỳ môi trường sống nào trong không gian đều phải chứa nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm thiết bị hỗ trợ sự sống, khu phi hành đoàn riêng, nhà bếp, thiết bị tập thể dục, cơ sở vệ sinh và y tế, không gian làm việc khoa học, v.v. Burke và nhóm của cô đã tạo ra một bố cục tối ưu cho các thành phần này bên trong giới hạn của Foundation Habitat. Do đó, sơ đồ của họ cung cấp một cái nhìn độc đáo về nơi sẽ trở thành căn cứ mặt trăng đầu tiên của nhân loại.
Hình minh họa cho thấy hai phi hành gia phù hợp sẽ làm việc cùng nhau như thế nào để nâng Xe vận chuyển hậu cần Suitport lên cửa sập của Foundation Habitat. Tín dụng: NASA
Burke, Howard và Kessler bắt đầu nghiên cứu của họ bằng cách xác định các khả năng cần thiết của Foundation Habitat. Ban đầu, môi trường sống phải có khả năng hỗ trợ hai thành viên phi hành đoàn trong ba mươi ngày cho mỗi nhiệm vụ. Người ta cho rằng hai thành viên phi hành đoàn còn lại sẽ dành phần lớn thời gian để khám phá Mặt trăng trên một chiếc xe tự hành điều áp, có thể sẽ được chế tạo thông qua quan hệ đối tác quốc tế với Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA). Môi trường sống phải có khả năng lọc và tái chế không khí và nước thải. Hai cư dân của nó sẽ chủ yếu phân tích các mẫu đá được nhóm thu thập trong xe thám hiểm điều áp đồng thời nghiên cứu phản ứng của thực vật, động vật và cơ thể con người đối với trọng lực một phần của Mặt trăng. Tuy nhiên, khi chiến dịch Artemis mở rộng, NASA muốn môi trường sống này cuối cùng có thể chứa tối đa bốn phi hành gia trong sáu mươi ngày. Có lẽ hạn chế nghiêm ngặt nhất là yêu cầu môi trường sống phải nặng dưới 12 tấn.
Hình minh họa cho thấy hai phi hành gia phù hợp sẽ làm việc cùng nhau như thế nào để đưa Hãng vận tải hậu cần Suitport vào cửa khóa khí. Tín dụng: NASA.
Bởi vì sẽ không có bất kỳ cần cẩu lớn nào để dỡ nó khỏi tàu đổ bộ, nên Foundation Habitat có thể sẽ vẫn ở trên nền tảng đưa nó lên Mặt trăng. Giống như một căn hộ không cửa ngăn trên Trái đất, bạn sẽ có thể tiếp cận môi trường sống thông qua một đoạn cầu thang hoặc thang ngắn. Phía trước cửa sập sẽ có một bệ nhỏ có tời. Phi hành đoàn sẽ sử dụng “mái hiên trước” này để cung cấp thực phẩm, vật dụng cá nhân và thiết bị khoa học cho môi trường sống.
Hậu cần được chuyển đến Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) định kỳ bằng tàu vũ trụ Dragon và Cygnus. Hệ thống này sẽ không hoạt động trên Mặt trăng vì sẽ khó di chuyển các tàu vũ trụ hạng nặng từ địa điểm hạ cánh đến môi trường sống. Thay vào đó, nguồn cung cấp sẽ được đóng gói bên trong các thùng chứa hình trụ nhỏ được gọi là Hãng vận chuyển hậu cần Suitport. Những chiếc hộp này sẽ được nâng lên cửa gió và lắp vào hai cửa sập hình chữ nhật cũng có thể gắn trực tiếp vào mặt sau của bộ đồ du hành vũ trụ. Sau đó, thủy thủ đoàn sẽ mở cửa sập và dỡ hàng hóa. Ngoài mục đích chính, “mái hiên phía trước” sẽ là nơi tuyệt vời để chiêm ngưỡng phong cảnh mặt trăng.
Tầng đầu tiên của Artemis Foundation Habitat sẽ có cửa gió, trạm bảo trì và phòng thí nghiệm địa chất. Tín dụng: Burke và cộng sự. (2022), Hình 5.
Các phi hành gia sẽ vào Môi trường sống của Tổ chức thông qua một cửa gió, nơi sẽ chiếm gần một nửa câu chuyện đầu tiên của nó. Ngoài việc chứa các hãng vận chuyển hậu cần, airlock cũng sẽ được sử dụng để cất giữ những bộ đồ EVA. Bằng cách giữ các bộ quần áo bên trong cửa gió, NASA sẽ có thể giảm thiểu lượng bụi mặt trăng có tính mài mòn xâm nhập vào môi trường sống. Phần còn lại của tầng một chủ yếu sẽ là không gian làm việc. Nó sẽ bao gồm một bàn làm việc và một bộ công cụ mà các phi hành gia có thể sử dụng để sửa chữa bộ đồ EVA, gói thí nghiệm và các phần cứng khác. Gần đó, hai tấm đệm tạo oxy sẽ giữ cho bầu không khí của môi trường sống thoáng khí bằng cách xử lý carbon dioxide thành oxy.
Phòng thí nghiệm địa chất sẽ nằm ở trung tâm của tầng một. Trạm này là lý do chính cho sự tồn tại của môi trường sống. Khi các phi hành đoàn của Artemis dành thời gian dài hơn trên bề mặt mặt trăng, họ sẽ thu thập nhiều mẫu hơn mức có thể quay trở lại Trái đất. Do đó, các sứ mệnh kéo dài của Artemis sẽ tập trung nhiều hơn vào việc nghiên cứu các mẫu tại chỗ. Mặc dù không gian bên trong môi trường sống sẽ bị hạn chế nhưng phòng thí nghiệm địa chất sẽ có một hộp đựng găng tay kín khí mà các phi hành gia có thể sử dụng để kiểm tra đá và cắt chúng thành những phần nhỏ hơn. Những thiết bị phức tạp hơn, chẳng hạn như máy quang phổ khối và kính hiển vi thạch học, cũng có thể được đưa vào. Vì nó sẽ bao gồm cửa gió và các trạm làm việc khoa học và kỹ thuật cơ bản nên tầng một sẽ bị hạn chế, nhưng sự sắp xếp này sẽ tập trung tiếng ồn và bụi mặt trăng vào một khu vực.
Tầng hai của Artemis Foundation Habitat sẽ có nhà vệ sinh, vòi sen, phòng thí nghiệm sinh học, thiết bị tập thể dục và cửa sổ. Tín dụng: Burke và cộng sự. (2022), Hình 6.
Các thành viên phi hành đoàn sẽ leo lên một chiếc thang để lên tầng hai, tầng dưới cùng của khối bơm hơi rộng rãi. Mặc dù môi trường sống bơm hơi nghe có vẻ yếu đuối nhưng chúng có thể bền hơn các mô-đun kim loại nếu được thiết kế phù hợp. Lớp vỏ bên ngoài của Foundation Habitat sẽ được làm từ nhiều lớp vật liệu; tổng hợp lại thì nó sẽ mạnh hơn Kevlar. Câu chuyện thứ hai chủ yếu dành riêng cho sức khỏe và vệ sinh của phi hành đoàn. Nó sẽ bao gồm hai ngăn riêng có nhà vệ sinh và vòi sen. Thiết bị được sử dụng để xử lý nước thải và nước tiểu sẽ được đặt ở trung tâm của tầng, cung cấp nguồn nước bổ sung cho môi trường sống.
Ngoài ra, tầng 2 sẽ có máy tập tạ. Các phi hành gia sẽ sử dụng thiết bị này để duy trì khối lượng cơ bắp của họ, vì trường hấp dẫn của Mặt Trăng chỉ mạnh bằng 1/6 lực hấp dẫn trên Trái đất. Tập thể dục thường xuyên sẽ giảm khả năng bị thương trong khi thực hiện nhiệm vụ bằng cách giúp các phi hành gia luôn sẵn sàng cho nhiệm vụ đòi hỏi thể chất của Moonwalk. Một số môn khoa học sẽ được tiến hành trên boong này vì nó sẽ có một phòng thí nghiệm sinh học. Cơ sở này sẽ được sử dụng để nghiên cứu cách các loài thực vật và động vật khác nhau phản ứng với trọng lực và bụi của Mặt Trăng, điều này sẽ giúp NASA hiểu cách bảo vệ các thành viên phi hành đoàn khỏi các mối nguy hiểm trong các sứ mệnh kéo dài tới Sao Hỏa. Một cửa sổ có thể được lắp vào kết cấu của các bức tường của môi trường sống để cho phép phi hành đoàn có thể ngắm nhìn phong cảnh mặt trăng và Trái đất ở đường chân trời mà không cần bước ra ngoài sự an toàn của cửa gió.
Tầng ba của Artemis Foundation Habitat sẽ có chỗ ngủ, phòng y tế, phòng bếp và các phòng thí nghiệm nghiên cứu vật lý và con người. Tín dụng: Burke và cộng sự. (2022), Hình 7.
Sau khi leo lên một bậc thang khác, các phi hành gia sẽ bước vào tầng thứ ba và cũng là tầng cuối cùng của Môi trường sống của Tổ chức. Tầng này sẽ là không gian sinh hoạt chính cho phi hành đoàn. Nó sẽ bao gồm hai khu phi hành đoàn riêng, nơi các phi hành gia sẽ nghỉ ngơi và liên lạc với gia đình họ. Một khu y tế nhỏ nằm cạnh nơi ở của thủy thủ đoàn. Trong trường hợp không thể xảy ra chấn thương, mọi thứ cho đến phẫu thuật cơ bản phải được thực hiện bên trong môi trường sống, vì có thể mất tới 15 ngày để quay trở lại Trái đất nếu viên nang Orion của phi hành đoàn đậu trong một Quỹ đạo Halo gần trực tràng có hình elip cao.
Tầng ba có hai phòng thí nghiệm sẽ được sử dụng để nghiên cứu vật lý và sức khỏe con người. Cái trước sẽ được sử dụng để theo dõi và điều khiển các kính thiên văn vô tuyến đặt gần Trại căn cứ Artemis, trong khi cái sau sẽ được sử dụng để theo dõi sức khỏe cơ bắp và xương của phi hành đoàn. Cuối cùng, tầng thứ ba của môi trường sống sẽ có bếp và bàn ăn. Các phi hành gia của Artemis sẽ dành phần lớn thời gian để thực hiện các nhiệm vụ riêng lẻ trong môi trường sống. Tuy nhiên, giống như trên ISS, toàn bộ phi hành đoàn sẽ tụ tập dùng bữa để thư giãn, hồi tưởng lại các sự kiện trong ngày và thưởng thức một trò chơi hoặc một bộ phim.
Một mô hình quy mô đầy đủ của tàu vũ trụ Orion tại Trung tâm Vũ trụ Johnson hiển thị cấu hình cabin tương tự sẽ được sử dụng trong Artemis 2. Nhà cung cấp hình ảnh: NASA/Jessica Meir.
Foundation Habitat cung cấp 127 mét khối không gian sinh hoạt cho cư dân. Nó chỉ có thể tích bằng 1/10 thể tích của ISS. Tuy nhiên, đối với một cơ sở nằm trong không gian sâu, môi trường sống rất lớn. Nó lớn hơn mười lần so với viên nang Orion sẽ đưa các phi hành gia lên quỹ đạo mặt trăng và nó có khối lượng lớn hơn toàn bộ trạm vũ trụ Gateway. Hơn nữa, Burke và nhóm của cô đã sắp xếp một cách có phương pháp tất cả các vật dụng trong môi trường sống sao cho mỗi mét khối đều phục vụ một mục đích, giống như Jason Hutt và nhóm của anh đã làm cho Orion.
Ý tưởng của một nghệ sĩ mô tả hai mô-đun phòng thí nghiệm chuyên dụng, mang tính khái niệm được kết nối với Môi trường sống trên bề mặt của Tổ chức Artemis. Tín dụng: Burke và cộng sự. (2022), Hình 8.
Các tác giả đã chỉ ra một số hạn chế trong thiết kế của họ. Đặc biệt, tất cả các thiết bị trong bốn phòng thí nghiệm khoa học có thể cần phải được giao sau khi môi trường sống đáp xuống Mặt trăng để giữ nó ở mức giới hạn trọng lượng. Họ tuyên bố rằng NASA có thể giảm bớt giới hạn này bằng cách sử dụng tàu đổ bộ lớn hơn để đưa Môi trường sống của Tổ chức lên Mặt trăng. Sau khi xuất bản bài báo, cơ quan này đã chọn ra hai Hệ thống Hạ cánh Con người có khả năng. Starship của SpaceX có thể vận chuyển 100 tấn hàng hóa lên Mặt trăng, trong khi Blue Moon của Blue Origin có thể vận chuyển 30 tấn. Một trong hai tàu đổ bộ sẽ có khả năng đặt Môi trường sống của Tổ chức được trang bị đầy đủ trên bề mặt mặt trăng. Với khả năng của Starship và Blue Moon, cũng có thể mở rộng hơn nữa khả năng của môi trường sống bằng cách tăng đường kính của các phần kim loại và/hoặc bơm hơi của cấu trúc.
Môi trường sống đa năng của Ý, do Thales Alenia Space xây dựng, có thể trở thành mô-đun thứ hai cho Trại căn cứ Artemis. Tín dụng: Không gian Thales Alenia.
Ngoài ra, Burke và các đồng tác giả của cô gợi ý rằng NASA có thể tăng năng suất khoa học của Trại căn cứ Artemis bằng cách gắn một hoặc nhiều phòng thí nghiệm chuyên dụng vào môi trường sống. Các mô-đun này sẽ chứa nhiều công cụ hơn các trạm nghiên cứu nhỏ bên trong Foundation Habitat. Theo đề xuất của họ, một mô-đun thậm chí có thể được trang bị bánh xe, cho phép phi hành đoàn thực hiện những chuyến thám hiểm dài ngày đến những khu vực xa xôi. Nếu NASA chọn theo đuổi con đường này để mở rộng căn cứ, phòng thí nghiệm có thể có sự đóng góp của một đối tác quốc tế. Ví dụ, Cơ quan Vũ trụ Ý đang thiết kế một
