Sedan slutet av Apollo-eran har ett av NASA, Roscosmos och andra rymdorganisations huvudmål varit utvecklingen av tekniker som möjliggör en långsiktig mänsklig närvaro i rymden. Denna teknik kommer också att hjälpa när det är dags att montera förnyade uppdrag till månen, Mars och andra platser i solsystemet. Under de senaste decennierna har dessa ansträngningar gett Mir och International Space Station (ISS).
Under de kommande åren kommer dessa ansträngningar också att leda till Lunar Orbital Platform-Gateway och kommersiella rymdstationer - som Bigelow B330. Och om privata flyg- och rymdföretag som Gateway Foundation tar sin väg, kommer vi också ha en rymdport i omloppsbana runt jorden. Företaget publicerade nyligen en video som visar exakt hur den här roterande rymdstationen kommer att se ut och hur företag som SpaceX kan hjälpa till att bygga den.
Företagets koncept kallas Gateway, en roterande rymdstation baserad på mönster som föreslagits av den tyska raketforskaren och rymdarkitekt Werner von Braun. Dessa mönster presenterades i en serie artiklar i den nationella tidningen Colliers under 1950-talet med titeln "Man kommer att erövra rymden snart!" Av denna anledning har företaget namngivit deras föreslagna design Von Braun-stationen.
Det här konceptet är faktiskt ganska tidslöst. Von Brauns egen design byggd på tidigare förslag, den tidigaste gjordes av den ryska forskaren Konstantin Tsiolkovsky 1903. Konceptet illustrerades vackert i Stanley Kubricks 2001: A Space Odyssey, som var samskrivet av den berömda forskaren och futuristen Arthur C. Clarke (och baserat på en novell om hans titel "The Sentinel").
I alla fall involverar det allmänna konceptet en roterande hjulstation i järnvägsbanan, som skulle etablera en mänsklig närvaro i rymden och samtidigt tillhandahålla konstgjord tyngd för sina invånare. Detta är en viktig aspekt av föreslagna rymdflygningar som kommer att ta astronauter till platser i djupa rymden, såsom Mars och längre in i solsystemet (och eventuellt bortom).
Med tanke på effekterna av långvarig exponering för mikrogravitet, som dokumenterades omfattande i NASA: s senaste tvillingstudie, har uppdragsplanerare letat efter sätt att mildra dem. Studien bestod av tio separata undersökningar av de långvariga effekterna av mikrogravitet på människor, med hjälp av tvillingastronauterna Scott Kelly och Mark Kelly som testpersoner.
Efter att ha tillbringat mer än ett år i rymden noterade studiegrupperna ett antal betydande förändringar mellan Scott Kelly och hans bror. Medan han upplevde samma förlust av muskelmassa och bentäthet som andra astronauter som tillbringade längre perioder ombord på ISS, fanns det andra förändringar som gjorde anpassningen till livet på jorden igen mycket svår.
Kellys syn hade minskat, han upplevde intensiv svullnad i extremiteterna, och förändringar i hans organfunktion och genuttryck noterades också. Utöver mikrogravitet finns det också frågor om hur människokroppen kommer att reagera på långvarig exponering för månens tyngdkraft (16,5% av jordens normala) och Martian gravitation (~ 38%).
Detta är särskilt viktigt med tanke på de nuvarande planerna att etablera en permanent utpost på Månen och utföra besättningar till Mars under de kommande två decennierna. Som Gateway Foundation-vd John Blincow uttalade i den nyligen släppta videon (se nedan) är detta en av fördelarna med hans företags föreslagna Gateway:
”Människor behöver gravitation så att kroppar inte faller isär. Men hur mycket kommer månkraften att vara okej under ett år men inte under två år? Kommer Martial gravitation fungerar för människor på lång sikt, men inte för stora husdjur? Räcker två dagar i veckan med 30% g för ISS-besättningen att behålla benmassan? Att bygga rymdstationen von Braun kan hjälpa till att låsa upp dessa hemligheter. ”
Portens struktur består av två koncentriska inre ringar fixerade av fyra ekrar till en yttre ring. De två koncentriska ringarna utgör Lunar Gravity Area (LGA), där stationens rotation tillhandahåller en gravitationskraft lika stor som månens yta. Den externa inre ringen - LGA Habitation ring - är där bostadsmoduler kommer att placeras, som kommer att bestå av små rum för gäster.
Samtidigt kommer LGA: s inre ring med högt tak att erbjuda turister möjligheten att äta och spela i en miljö med låg g. Kärnan i stationen är navet och bukten, där trafik- och miljökontroll, säkerhet och gatewayens transportnexus alla kommer att vara belägna. Huben kommer också att ha en observationssalong där gästerna kan titta på inkommande transport.
Den yttre ringen, känd som Mars Gravity Area (MGA), upplever snabbare rotation eftersom den är längre från kärnan. Detta resulterar i en konstgjord tyngdkraft som liknar det som skulle uppleva på ytan av Mars. Detta område kommer att ha 4 eller 5 däck och vara där stora moduler som erbjuder permanent boende kommer att finnas. Som Blincow förklarade:
”Von Braun-rymdstationen kommer att vara en roterande rymdstation designad för att producera olika nivåer av konstgjord tyngdkraft genom att öka eller minska rotationshastigheten. Stationen kommer att utformas från början för att rymma både nationella rymdorganisationers forskning med låg tyngdkraft och rymdturister som vill uppleva livet på en stor rymdstation med komforten med låg tyngdekraft och känslan av ett trevligt hotell. ”
Ett annat viktigt objekt som nämnts av Blincow i den roll som SpaceX kunde spela i skapandet av stationen. Ursprungligen krävde Gateway-designen moduler som var 12 m (40 ft) långa och 8,5 m (28 ft) breda (ungefär dubbelt så stor som ISS-moduler). Men tack vare framstegen som SpaceX har gjort sent med sina Rymdskepp och Super Heavy, Gateway Foundation anser att tyngre nyttolaster kunde lanseras.
”Om vi hade en SpaceX Superheavy andra steget som utvecklades just för rymdkonstruktion, vi kan ha moduler som är 40 fot (12 m) breda och 60 fot (18 m) långa, ”sa Blincow. "Denna mycket större storlek kommer att möjliggöra en mycket större inre volym för samma lanseringskostnader."
Den modulära utformningen av ringarna är avsedd att rymma olika typer av aktiviteter och företag. Vissa kommer att avsättas för dockarbetare, medan andra kommer att ägnas åt vetenskaplig forskning. Dessa senare moduler kommer att vara mycket efterfrågade eftersom stationen erbjuder möjligheten att undersöka hur markorganismer klarar sig med mån- och marsvården utan att behöva åka dit.
Andra kommer att vara tillgängliga för hotell- och restaurangkedjor, privata lyxboenden och andra företag som vill etablera kontor i rymden (eventuellt för att dra fördel av skattelagstiftningen!) Blincow betonar också att skapandet av Gateway kommer att ligga utanför varje enskild nation, och kommer att kräva en internationell insats som samlar rymdbyråer, kommersiella flyg- och rymdentusiaster.
Slutresultatet av detta kommer att bli en internationell station inte till skillnad från ISS, utan ett privatdrivet företag som skulle vara ekonomiskt självständigt. Ingen indikation ges på hur mycket konstruktionen av Gateway kommer att kosta, men Blincow är övertygad om att det kommer att vara överkomligt, tack vare SpaceX och hur dess åtagande till återanvändbara raketer minskar kostnaderna för enskilda lanseringar.
Med hänvisning till Musks tillkännagivande 2017 att BFR skulle vara helt återanvändbara (vilket han gjorde vid den 29: e internationella astronautiska kongressen (IAC) i Adelaide, Australien), säger Blincow:
”När vi först började göra våra kostnadsberäkningar för rymdkonstruktion baserade vi det på den lägsta uppskattade lanseringskostnaden som vi kunde hitta - SpaceX BFR till $ 1000 per kg. Det kom till cirka 150 miljoner dollar per lansering. Men sedan gjorde Elon Musk en presentation på Adelaide som förändrade allt. Genom att göra alla komponenter i BFR återanvändbara kan kostnaderna spridas över många flygningar, precis som en flygplan.
”Elon Musk uppskattar lanseringskostnader för Rymdskepp och Superheavy booster på cirka 7 miljoner dollar. Vissa uppskattar att varje lansering kommer att vara så hög som $ 40 miljoner efter att alla faktorer har redovisats. Men oavsett om det är sju eller fyrtio miljoner dollar, det är fortfarande musik för våra öron. Det innebär att roterande rymdstationer, underhållsanläggningar och bränsledepåer kan och kommer att byggas överkomligt. ”
Byggprocessen, som kommer att bero starkt på framstegen inom rymdrobotik, skulle också validera nyckelsystem och teknik som en dag kan gå in i konstruktionen av enorma rymdhabitater (som O’Neil Cylindrar). Dessa anses av många vara ett genomförbart alternativ (eller tillägg) till förslag till kolonisering av andra planeter.
Dessa system sträcker sig från stabilisering till luftåtervinning, från vattenåtervinning till lågvikt, och från matlagring i rymden till tekniska utmaningar. Alla frågor som faller under den allmänna rubriken "hur upprätthåller vi en befolkning i rymden?" kommer att behandlas genom byggandet av Gateway, hävdar Bilcow.
När det gäller finansiering av byggandet indikerar Bilcow hur hans företag hoppas kunna utnyttja viktiga partnerskap med rymdbyråerna i världen (NASA, Roscomos, ESA, Kina, Indien och andra) samt kommersiella flyg- och rymdföretag. De planerar också att samla in pengar genom tidig biljettförsäljning och sälja moduler (för de superrika) och hålla ett lotteri och skapa ett besättningsmedlemskapsprogram (för alla andra).
Utöver byggandet av en gateway i omloppsbana runt jorden hoppas stiftelsen också att skapa en flotta av trans-atmosfäriska fordon (TAV) som kan färja människor till och från rymdstationen. De hoppas också kunna bygga en annan i lunarbanan (Lunar Bridge), som skulle möjliggöra regelbundna resor mellan Jorden och månen (med hjälp av cis-lunar skyttlar) och regelbundna resor till månens yta (med hjälp av cis-lunar landare).
Återigen skulle kostnaderna för ett sådant projekt vara astronomiska och utöver vad varje enskild nation eller företag skulle kunna ådra sig. Men med många företagare som vill få rymdturism att hända, för att inte tala om hur sådana rymdstationer kan underlätta utforskningsuppdrag till månen och till och med Mars, kan partnerskapen som Blincow föreställer sig vara genomförbara.
Som så många andra ambitiösa planer för att kolonisera rymden, kommersialisera LEO och etablera en mänsklig närvaro på andra kroppar i solsystemet, måste vi bara vänta och se om Gateway Foundation har ben, eller lider samma öde som Mars One - som nyligen meddelade att det är konkurs. En sak de har för dem, utöver visionen, är förmågan att knuffa siffror. Låt oss hoppas att de arbetar till deras fördel!
Huvudpunkterna i stiftelsens video var också ämnet för en presentation som ägde rum på Caltech i januari 2016 (värd av Keck Institute for Space Studies). Under titeln ”Building the First Spaceport in Low-Earth Orbit” presenterades föreläsningen av John Blincow och Tom Spilker - en pensionerad rymdflygtekniker som arbetade under många år med NASA: s Jet Propulsion Laboratory (JPL).
För mer information om Gateway Foundation och deras olika projekt, kolla in deras webbplats här.
