2010 tillkännagav NASA sitt åtagande att införa ett besättningsuppdrag till Mars vid det tredje decenniet av 2000-talet. Mot detta syfte har de arbetat hårt för att skapa nödvändig teknik - till exempel Space Launch System (SLS) raket och Orion rymdskepp. Samtidigt har de samarbetat med den privata sektorn för att utveckla nödvändiga komponenter och expertis som krävs för att få besättningar bortom jorden och månen.
För detta ändamål tilldelade NASA nyligen ett fas II-kontrakt till Lockheed Martin för att skapa en ny rymdhabitat som kommer att bygga vidare på lärdomarna från International Space Station (ISS). Denna livsmiljö, som är känd som Deep Space Gateway, kommer att fungera som en rymdport i månens omloppsbana som underlättar utforskning nära månen och hjälper till längre uppdrag som tar oss långt från jorden.
Kontraktet tilldelades som en del av programmet Next Space Technologies for Exploration Partnership (NextSTEP), som NASA lanserade 2014. I april 2016, som en del av det andra NextSTEP Broad Agency Meddelande (NextSTEP-2), valde NASA sex amerikanska företag till börja bygga markstora prototyper och koncept för denna djupa rymdhabitat.
Förutom sådana välkända företag som Bigelow Aerospace, Orbital ATK och Sierra Nevada, anklagades Lockheed Martin för att undersöka livsmiljödesign som skulle förbättra uppdrag i rymden nära månen och även tjäna som en bevisande plats för uppdrag till Mars. Inneboende i detta är skapandet av något som effektivt kan integreras med SLS och Orion-kapseln.
I enlighet med NASA: s specifikationer om vad som utgör en effektiv livsmiljö måste utformningen av Deep Space Gateway omfatta en trycksatt besättningsmodul, dockningsförmåga, miljökontroll och livssystem (ECLSS), logistikhantering, strålbegränsning och övervakning, brandsäkerhetsteknologi och besättningens hälsofunktioner.
Konstruktionsspecifikationerna för Deep Space Gateway inkluderar också en kraftbuss, en liten livsmiljö för att förlänga besättningstiden och logistikmoduler som skulle vara avsedda för vetenskaplig forskning. Framdrivningssystemet på porten skulle förlita sig på elektrisk framdrivning med hög effekt för att upprätthålla sin omloppsbana och för att överföra stationen till olika banor i närheten av månen när det behövs.
Med ett fas II-kontrakt nu i hand kommer Lockheed Martin att förfina designkonceptet de utvecklade för fas I. Detta kommer att inkludera att bygga en fullskalig prototyp vid Space Station Processing Facility vid NASA: s Kennedy Space Center i Cape Canaveral, Florida, som liksom skapandet av en nästa generations Deep Space Avionics Integration Lab nära Johnson Space Center i Houston.
Som Bill Pratt, Lockheed Martins NextSTEP-programchef, sade i ett pressmeddelande nyligen:
”Det är lätt att ta saker för givet när man bor hemma, men de nyligen utvalda astronauterna kommer att möta unika utmaningar. Något så enkelt som att ringa din familj är helt annorlunda när du befinner dig utanför låg jordbana. När vi bygger denna livsmiljö måste vi arbeta i en annan tankesätt som är mer besläktad med långa resor till Mars för att säkerställa att vi håller dem säkra, friska och produktiva. "
Prototypen i full skala kommer i huvudsak att vara en renoverad Donatello Multi-Purpose Logistics Module (MPLM), som var en av tre stora moduler som flögades i rymdfärjens nyttolast och användes för att överföra gods till ISS. Teamet kommer också att förlita sig på ”prototyping av blandad verklighet”, en process där virtual och augmented reality används för att lösa tekniska problem i den tidiga designfasen.
"Vi är glada över att arbeta med NASA för att återanvända en historisk bit av flyghårdvara, ursprungligen utformad för utforskning av låg jordbana, för att spela en roll i mänsklighetens tryck in i djupa rymden," sa Pratt. "Att använda befintliga kapaciteter kommer att vara en vägledande filosofi för Lockheed Martin för att minimera utvecklingstiden och uppfylla NASA: s överkomliga mål."
Deep Space Gateway kommer också att förlita sig på Orion besättningskapselens avancerade kapacitet medan besättningarna är anslutna till livsmiljön. I grund och botten kommer detta att bestå av att besättningen använder Orion som sitt kommandodäck tills en mer permanent kommandomodul kan byggas och integreras i livsmiljön. Denna process möjliggör en inkrementell uppbyggnad av livsmiljön och kapacitetsutforskningen av dess besättningar.
Som Pratt antydde kommer livsmiljön att förlita sig på system som Lockheed Martin har införlivat i deras när de inte är skruvade Juno och Maven rymdskepp i det förflutna:
”Eftersom Deep Space Gateway skulle vara obebodd i flera månader i taget måste den vara robust, pålitlig och ha robotfunktioner för att fungera autonomt. I huvudsak är det ett robotfartyg som är väl lämpat för människor när Orion är närvarande. Lockheed Martins erfarenhet av att bygga autonoma planetariska rymdfarkoster spelar en stor roll för att göra det möjligt. "
Fas II-arbetet kommer att äga rum under de kommande 18 månaderna och resultaten (tillhandahållna av NASA) förväntas förbättra vår förståelse för vad som krävs för att möjliggöra långsiktigt boende i ett djup rymd. Som noterats kommer Lockheed Martin också att använda den här tiden för att bygga sitt Deep Space Avionics Integration Laboratory, som kommer att fungera som en astronaututbildningsmodul och hjälpa till med kommando och kontroll mellan Gateway och Orion kapsel.
Utöver utvecklingen av Deep Space Gateway är NASA också engagerade i att skapa en Deep Space Transport - som båda är avgörande för NASA: s föreslagna "Journey to Mars". Medan Gateway är en del av den första fasen i denna plan - "Earth Reliant" -fasen, som involverar utforskning nära månen med hjälp av nuvarande teknologier - kommer den andra fasen att fokuseras på att utveckla kapaciteter för lång tid bortom månen.
För detta ändamål försöker NASA skapa ett återanvändbart fordon speciellt utformat för besättningsuppdrag till Mars och djupare i solsystemet. Deep Space Transport skulle lita på en kombination av Solar Electric Propulsion (SEP) och kemisk framdrivning för att transportera besättningar till och från Gateway - som också skulle fungera som en service- och tankningsstation för rymdskeppet.
Denna andra fas ("Proving Ground" -fasen) förväntas kulminera i slutet av 2020-talet, då ett ettårigt besättningsuppdrag kommer att äga rum. Detta uppdrag kommer att bestå av en besättning som flygs till Deep Space Gateway och tillbaka till jorden i syfte att validera systemets beredskap och dess förmåga att genomföra uppdrag med lång tid oberoende av jorden.
Detta öppnar dörren till fas tre av den föreslagna resan, den så kallade "Earth Indepedent" -fasen. Vid denna tidpunkt kommer överföringsmodulen och alla andra nödvändiga uppdragskomponenter (som ett Mars Cargo Vehicle) att överföras till en bana runt Mars. Detta förväntas äga rum i början av 2030-talet och kommer att följas (om allt går bra) av uppdrag till Martian ytan.
Medan det föreslagna besättningsuppdraget till Mars fortfarande är en väg bort, tar arkitekturen gradvis form. Mellan utvecklingen av rymdskepp som kommer att få uppdragskomponenterna och besättningen till cislunar-rymden - SLS och Orion - och utvecklingen av rymdhabitater som kommer att hysa dem, närmar vi oss dagen när astronauter äntligen satte sin fot på Röda planeten!
