新创意利用SpaceX的星舰HLS打造月球基地

　　在计划 载人登月任务的多个太空机构、协助它们的众多签约商业实体，以及建立月球基地的提议之间，现代太空时代的信息是非常明确的：人类将重返月球。而且，这一次我们打算留下来！就像阿波罗时代的努力一样，这也带来了一些挑战，这些挑战需要＂我们付出最大的精力和技能＂。
　　同时，这些挑战也催生了各种创新解决方案。这些方案也认识到了利用月球资源的必要性，以提供对环境的保护，并照顾到人们的需求。国际空间大学（ISU）的一个团队提出的一项新建议，他们找到了一种新颖的方法来实现这一目标。他们建议：使用 SpaceX公司的星际飞船人类着陆系统（HLS）作为月球基地的基础。
　　这项新建议，是来自欧洲多所大学和科研院所的一个团队的工作成果。他们目前都在法国斯特拉斯堡的国际空间大学（ISU）就读。这也是今年10月份，在迪拜举行的第72届国际宇航大会（IAC）上演讲的主题， 也是一份提案文件和一份官方报告（以及一份执行摘要）的主题。
　　上图：这是SpaceX公司的星际飞船人类着陆器设计的插图，它将携带美国宇航局的第一批宇航员在阿耳特弥斯计划下到达月球表面。
　　该项目名为＂月球基地建设解决方案＂，是 ISU 2021年太空研究计划（SSP）的一部分，为期9周的合作研究成果。该专业发展课程欢迎所有学科的研究生和专业人士，其课程包括政策、法律、商业、人文、生命科学、工程、物理科学和空间应用。
　　作为起点，该团队考虑了SpaceX公司的月球星际飞船设计，该公司将其作为NASA为＂ 阿耳特弥斯＂（ Artemis）计划创建人类着陆系统（HLS）竞赛的一部分。 这个飞行器本质上是埃隆·马斯克（Elon Musk）希望使用的＂星际飞船＂（Starship）可重复使用太空飞行器的改进版。＂星际飞船＂连同超重型助推火箭（Super Heavy booster rocket），可以定期飞往月球、火星和更远的地方。
　　与SpaceX的星际飞船/超重型发射系统一样，月球星际飞船的设计初衷也是完全可重复使用。除了轨道加油，SpaceX的月球任务架构还要求在月球上建立燃料库，以便星际飞船能够返回地球。然而，为了他们的项目，ISU小组建议使用星际飞船的船体作为基地的基础。
　　实际上，该团队受到了启发，创造了一个概念，能够快速、经济地建设永久的月球基础设施，同时也允许工作人员解决在月球环境中生活和工作的挑战。
　　该团队认为，建立月球前哨基地需要人类至少在救援任务期间，拥有维持自身和健康的所有给养和设备。从地球过来至少需要3天，从 Gateway 过来至少需要 7-11 天。所有的生命支持系统和通信都应该是可靠和冗余的。星际飞船项目要解决的问题包括：船员健康、社会福利、安全、通信、能源、热控制、结构可靠性，以及许多其他问题。
　　上图：构想中的欧空局月球基地，显示其位置在沙克尔顿环形山。
　　该计划要求使用 Starships HLS（SS Rosas）作为宇航员和施工人员（罗萨斯基地）的宜居空间。这些工作人员将在这些栖息地生活两到三个月，同时组装基础设施（在机器人协助下）以供人类永久存在。该团队表示，这项建议的主要优点是，它允许宇航员随身携带他们的栖息地和必要的补给品：＂如果能够在前哨基地运送和安装足够的补给以应对任何情况，这些挑战都是可以克服的。因此，我们的解决方案利用了当前最先进的运输工具 —— SpaceX 星际飞船载人着陆系统 (HLS)，该系统目前正在开发中。
　　我们的设计，旨在利用该飞行器的出色性能及其庞大的尺寸，来传输经过空间验证的生命支持和关键任务系统，以及冗余和备件。这项研究的独特之处在于，它不需要任何未经证实的或理论的概念和系统。如果星际飞船成功，那么，这个栖息地可以在不到五年的时间内投入使用。＂
　　在执行任务期间，一艘载人星际飞船（SS 501）和另一艘补给飞船（SS Rosas）将飞向月球，并部署一系列远程操作机器人，它们是一种模块化机器人建造自主系统（MOROCAS），这将使两艘星际飞船处于水平位置。然后，宇航员将把内部改造成可居住的空间，添加多层绝缘（MLI），并部署所有必要的操作设备。同时，机器人将用风化层保护层覆盖底座。
　　上图：星舰HLS基地的并排布局，展示了不同的特点。
　　在该团队看来，这个概念项目的主要挑战是将飞船过渡到水平位置。虽然在地球上，星际飞船无法支撑其垂直结构，但在这里，六分之一的重力和巨大的压力差肯定有助于保持飞船的形状。如果这还不够，飞船下面的风化层将被堆放起来，以支持它，并可以在栖息地内部安装额外的支撑结构。
　　拟建的罗萨斯（Rosas）基地（如上图所示）的基本布局是建立在沙克尔顿陨石坑边缘的栖息地，该陨石坑位于月球的南极-艾特肯盆地。基地将被一层5米（16.4英尺）的风化层覆盖，以保护其免受辐射和微陨石的撞击，只留下气闸和前舱口未被覆盖，以便能够进入内部。其中一个气闸将被改造成观景台。
　　由于它位于沙克尔顿环形山附近，这个观景台将能够在月球地平线上永久地观看地球。基地还可以扩大，在前舱口周围增加一个节点，允许工作人员将一个栖息地与另一个栖息地连接。内部将被分为三层，横跨整个航天器，包括之前被甲烷和氧气罐占据的部分。
　　虽然，这意味着飞行器将不能再次飞行，但它确实重新利用整个结构作为长期栖息地。这样一来，仅使用飞行器本身，栖息地的体积就接近2500立方米（相当于国际空间站的2.5倍），从而释放出有用的有效载荷，用于更多的生命维持系统。在飞行器上覆盖5米厚的风化层，并在内部添加MLI，将加强对工作人员的保护，使其免受微陨石撞击、辐射和热防护。这也是 ISRU 最简单的形式。
　　上图：建立HLS月球基地的时间轴。
　　一旦建成，该基地将拥有所有它需要的设施，以应对月球环境的危害。船体、额外的MLI和风化层，将把对宇航员的辐射暴露限制在可容忍的范围内 —— 男性宇航员2.5西弗（Sv），女性宇航员1.75西弗（Sv）。宇航员们将按照每天6小时的月球舱外活动（LEVAs）的时间表进行，并保持严格的锻炼计划，包括阻力和高强度间歇训练。
　　总的来说，罗萨斯（Rosas）基地的提议是＂从月球到火星＂任务架构的更大构想的一部分。这些任务自2000年代中期以来一直在进行中，作为NASA和其他太空机构计划采取的下一步重大步骤，以确保人类在太空的未来。该团队表示，对于这些计划中的每一个，都必须有一个永久的月球基地：
　　＂这个项目是领先的，因为它使用了正在开发的星际飞船，而不是依靠任何尚未被证明的技术。随着星际飞船的可重复使用和大规模生产，月球基地的概念可以迅速扩大，许多栖息地可以连接在一起，创建一个月球城市。这个概念的基本目标是在不久的将来从基地获得潜在的收入或利益。＂
　　上图：一旦罗萨斯基地建成，宇航员将按照严格的时间表来确保健康和生产力。
　　更重要的是，项目研发团队希望这个想法能够吸引潜在的投资，基于它在不久的将来可能有应用的数量。他们还希望，一旦一个月球前哨基地的愿景实现，将允许实现后续更多的。在这一点上，他们无疑是正确的。一旦人类在月球上建立了立足点，研究、扩张、投资和商业化的机会，就会随之而来。
　　从那里，它将有可能向火星和其他深空位置发射任务。一旦我们也能在这些天体上站稳脚跟，成为＂星际物种＂的梦想就会成为现实！
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