Os planos de colonização lunar da NASA e da Agência Espacial Européia exigem sistemas avançados de suporte à vida e proteção contra raios cósmicos
O escritório de arquitetura Skidmore, Owings & Merrill é conhecido por projetar e desenvolver a Torre
Burj Khalifa , o edifício mais alto do mundo. Tais estruturas icônicas são uma das especializações da empresa. Mas em seu escritório em Nova York, os arquitetos estão trabalhando em um projeto ainda mais surpreendente - desenhos de edifícios extraterrestres, o primeiro projeto desse tipo para esta empresa. A empresa está desenvolvendo uma base lunar em conjunto com a Agência Espacial Européia (ESA) e o MIT.
Daniel Inocente , um dos principais designers, mostra desenhos e imagens geradas por computador de casulos brancos espalhados pela paisagem lunar, conectados por tubos de transição e cercados por robôs, painéis solares e astronautas, e uma familiar bola azul está assistindo do céu.
Estas ideias ainda podem não ser realizadas, mas ajudam a ESA a pensar em possíveis opções para o futuro. A lua oferece muitas possibilidades. Os planetologistas querem estudar sua composição para aprender sobre o sistema solar inicial e a origem da Terra. Os astrônomos querem construir radiotelescópios do outro lado. Pesquisadores médicos querem saber como o corpo humano reage à baixa gravidade por um longo tempo. Observadores espaciais querem testar equipamentos ou produzir combustível para voos para asteróides, Marte e além.
As conversas sobre o envio de pessoas para a Lua - surgidas após as missões Apollo na década de 1970 - ganharam impulso recentemente. Em 2016, o chefe da ESA anunciou o lançamento do
programa Moon Village , uma ideia intencionalmente vaga que inspira participantes públicos e privados a trabalharem juntos na exploração robótica e humana da lua. No ano passado, oito voluntários chineses completaram seu experimento, passando um ano inteiro em uma base simulando um palácio lunar chamado Lunar Palace 1 para testar sistemas de suporte à vida.
E, embora as empresas privadas não planejem enviar pessoas para a Lua em um futuro próximo, os foguetes da SpaceX e da Blue Origin poderiam reduzir significativamente o custo desse projeto para os governos. Há alguns meses, o vice-presidente dos EUA, Mike Pence, prometeu devolver os astronautas à Lua por 5 anos.
No entanto, para equipar as pessoas na lua, os especialistas precisarão resolver alguns problemas, para dizer o mínimo. Isso inclui sobreviver em condições adversas, construir estruturas a partir de materiais locais, aperfeiçoar os sistemas de suporte à vida e resolver o problema com uma complicação potencialmente fatal para a qual atualmente não temos solução: com poeira.
Os três fatores mais importantes para determinar a localização de um assentamento lunar, como qualquer corretor de imóveis lhe dirá, são: localização, localização e localização. Em Skidmore, Owings & Merrill (SOM), eles decidiram que o lugar mais atraente ficava na beira da cratera Shackleton, perto do pólo sul da lua.
Existem evidências convincentes de que as áreas de superfície à sombra constante da cratera contêm gelo de água que chegou lá com cometas antigas - é adequado para beber, cozinhar, lavar, criar concreto e separá-lo em hidrogênio e oxigênio para produzir combustível de foguete.
Mas onde quer que eles decidam erguer edifícios, arquitetos e engenheiros espaciais enfrentam restrições que não dizem respeito a especialistas comuns nesse campo. Na lua, é claro, quase não há ar, portanto qualquer casa deve estar fechada e hermética. E se a maioria das pedras cósmicas queima na atmosfera da Terra, a superfície da lua é constantemente bombardeada com micrometeoritos. Nesse sentido, as estruturas devem ser projetadas para esses ataques.
A gravidade é cerca de 6 vezes mais fraca que a Terra. Isso permite que você construa estruturas alongadas, mas também requer mais pontos de suporte. Devido à gravidade fraca, é difícil cavar: você empurra e aperta. As temperaturas são extremas lá; portanto, nas habitações será necessário equipar sistemas poderosos de aquecimento e refrigeração, e os materiais dos quais eles consistem terão que suportar compressão e expansão significativas.
Há também o problema da radiação. O sol emite constantemente uma corrente de prótons e elétrons de alta velocidade - o vento solar. E se o campo magnético da Terra nos protege da maior parte, a Lua não possui um campo magnético, então todas as partículas colidem com a superfície. Ainda mais perigosas são as
ejeções de massa coronal do sol. Durante esses eventos, grupos de prótons e elétrons de alta energia irrompem no espaço. Uma forte explosão pode
atingir vários
sievert (sievert - uma unidade de radiação) na superfície da lua, o que é suficiente para uma pessoa morrer se não puder retornar à Terra para transplante de medula óssea. E, como se esses perigos não fossem suficientes, os astronautas na Lua serão constantemente bombardeados com raios cósmicos, que provavelmente aumentarão o risco de câncer.
Módulos residenciais pré-montados projetados pela SOM serão encerrados em carenagens de foguetesNo escritório de Nova York da SOM Inocent, ele fala sobre a oferta de sua empresa de imprimir paredes em torno dos casulos das casas da lua em impressoras 3D e, assim, proteger-se da radiação mortal. Os residentes que estão na base por um longo tempo precisarão de paredes com até três metros de espessura para se protegerem dos raios cósmicos galácticos. Não fará sentido entregar toneladas de cimento da Terra, para que os astronautas utilizem os recursos locais - ou seja, aproveitem o que já está lá.
No conceito SOM, as paredes serão construídas a partir de solo lunar, chamado
regolito , porque não há matéria orgânica. Uma maneira é a impressão 3D das paredes, imediatamente em uma peça no local ou em tijolos que se prenderão durante a construção. Alguns arquitetos espaciais propõem a colocação de cimento regolito em camadas usando um bico robótico.
Mas e se o líquido na mistura de cimento evaporar ou congelar antes que o cimento na parede ou tijolos endureça? Pesquisadores europeus, juntamente com o escritório de arquitetura
Foster + Partners, estudaram a possibilidade de
ligar fluidos e injetá-los para evitar esse efeito, e imprimiram uma seção da parede usando um simulador de regolito. No entanto, os contratados ainda precisam enviar um material de ligação de líquido ou um pó de cimento especial para a lua.
A SOM prefere a extrusão do rególito fundido através de um bico, da maneira do
adesivo hot-melt . Outra abordagem é
sinterizar ou aquecer o regolito acima do ponto de fusão, para que ele se funda e solidifique. Em um projeto da ESA chamado
RegoLight, os pesquisadores concentraram a luz solar em um feixe poderoso e a conduziram através da superfície de um simulador de regolito, sinterizando tijolos camada por camada. O processo foi lento e os tijolos de teste eram fracos, muitos pesquisadores acreditam que a sinterização por microondas, usando fornos ou vigas para prender a poeira, será uma estratégia vencedora. Até agora, o SOM está explorando uma opção de sinterização.
Para habitações relativamente baixas, o regolito pode simplesmente ser derramado em estruturas metálicas (e deixar espaço para manutenção). Outra opção mais teórica é colocar módulos residenciais dentro dos
tubos de lava da lua - grandes túneis vazios através dos quais a pedra derretida fluía.
O Regolith será usado não apenas para proteger edifícios, mas também para a construção de locais de lançamento e estradas.
Brent Sherwood , presidente do Comitê Técnico de Arquitetura Espacial do Instituto Americano de Aeronáutica e Astronáutica (AIAA), propõe assar azulejos regolíticos em fornos de microondas. Uma nave espacial pousando em plataformas ou veículos que circulam em estradas pavimentadas com esses ladrilhos levantará menos poeira. As estradas também facilitarão a movimentação dos robôs pela superfície. "Em essência, quero transformar a superfície da lua em um piso de fábrica previsível, como em um armazém da Amazon", diz ele.
Hannah Luck , uma arquiteta espacial da ESA com experiência em arquitetura e design têxtil, oferece um uso mais não convencional do regolito. Ele e seus colegas conseguiram derreter o simulador de regolito e transformá-lo em fios, com os quais os robôs podem torcer fazendas de metal, obtendo casulos fibrosos. O alojamento obtido por este método de fabricação pode ser colocado em uma cratera, sobre a qual uma tela é esticada para suportar o regolito empilhado no topo. Eles também usaram um robô para produzir uma versão em miniatura desse revestimento. Como resultado, é provável que muitas técnicas para o uso do regolito sejam adotadas em futuras colônias lunares.
E como serão os módulos residenciais lunares atrás dessas paredes de regolitos lunares? Os projetos de trabalho atuais do SOM surgiram de sugestões que os engenheiros vêm fazendo há décadas, geralmente para cúpulas ou cilindros, às vezes completamente ou meio imersos no solo.
Arquitetos e engenheiros espaciais geralmente acreditam que as primeiras habitações na Lua se parecerão com módulos da Estação Espacial Internacional (ISS). "A tecnologia de primeira geração é um pouco menos sexy" em comparação às imagens de ficção científica, diz
Jaime Benaroya , engenheiro em mecânica e engenharia aeroespacial da Universidade Rutgers, autor de
The Moon Housing Construction: Engineering Approaches to Lunar Settlements . A primeira habitação será um recinto selado sob pressão, coberto de regolito para proteger contra a radiação - de fato, enterrado em uma lata.
De acordo com Sherwood, que estava trabalhando na construção de módulos para o ISS com a Boeing, os engenheiros já sabem como fabricar, testar, executar e reparar esse módulo. "Temos uma quantidade enorme de conhecimento através da estação espacial", diz ele.
Como resultado, podemos avançar para módulos infláveis que podem se expandir para grandes volumes, depois de entendermos como integrá-los a estruturas rígidas e embalá-los para que possam ser dispostos corretamente.
A Bigelow Aerospace de Las Vegas vendeu licenças da NASA para patentes para a construção de um
módulo inflável , que
atracou com a ISS em 2016 para testes. E embora agora seja usado
apenas como armazém , a Bigelow continua a coletar dados sobre como reage às mudanças de temperatura, radiação e colisões com detritos espaciais.
No seu trabalho com a ESA, o SOM escolheu um cruzamento entre uma lata e um balão. O módulo em desenvolvimento tem uma forma aproximadamente cilíndrica e 9,5 metros de altura. Tem três andares e um núcleo vertical, permitindo que os moradores se movam entre eles. Três partes infláveis coincidem com o módulo e adicionam em cada andar da sala de estar. No nível inferior, há três portas conectando-o aos módulos vizinhos.
O SOM ainda não escolheu tecnologias para sistemas climáticos, meios de subsistência, áreas de alimentação e recreação para os funcionários. No entanto, a prática arquitetônica comum de envolver os usuários nos estágios iniciais do desenvolvimento deve garantir que a casa seja confortável para a habitação. Larry Tups, arquiteto espacial da NASA que supervisiona os contratos de alojamento espacial, diz que os engenheiros às vezes precisam ser lembrados da experiência do usuário em seu produto: por exemplo, o lixo não deve chegar perto da galera.
É com isso que o SOM nunca teve que se preocupar ao desenvolver o Burj Khalifa, é sobre o processamento de urina. O primeiro sistema lunar de suporte à vida pode ser "aberto", como o usado durante as missões da Apollo: oxigênio, comida e água entram no sistema e os resíduos são descartados no local. Segundo
estimativas , cada pessoa precisará de 5 a 15 toneladas de consumíveis - principalmente ar, alimentos e água - por ano.
Porém, com maior probabilidade, o sistema físico-químico de processamento de resíduos, como o utilizado no ISS, será implementado na primeira etapa. A estação espacial coleta urina, águas residuais e condensado do suor dos astronautas e da respiração, filtra tudo e transforma em água potável. Várias peneiras de nível molecular (usando cristais de sílica e alumina)
são removidas do ar pelo CO2 e a água é eletrolisada para
produzir oxigênio.
O projeto "Next Generation Life Support System" da NASA está trabalhando em novas abordagens, mas "muitas vezes não tentamos inventar uma nova química", diz
Molly Anderson , diretora de tecnologia. Basicamente, a NASA está tentando aumentar a eficiência dos sistemas existentes. A agência também precisa facilitar o equipamento, torná-lo mais confiável e sustentável. Quanto aos novos brinquedos, a equipe está testando protótipos de compressores para recarregar cilindros de oxigênio de roupas espaciais, um sistema de pirólise que utiliza calor para decompor resíduos sólidos em elementos úteis e sequenciadores de DNA portáteis para rastrear a presença de micróbios nas superfícies e na água.
Anderson diz que é mais fácil organizar um sistema de suporte à vida na Lua do que na ISS, pelo menos porque a gravidade permite criar um chuveiro e um banheiro normais com uma descida.
O próximo passo no desenvolvimento de sistemas lunares de suporte à vida será a criação de um sistema
bioregenerativo no qual os organismos dentro do alojamento fornecerão aos funcionários comida, ar e água limpos e decomporão os resíduos. Como parte do programa Sistema de Apoio Microecológico Alternativo à Vida da ESA (
MELiSSA ), é conduzida uma experiência em que três ratos e algas vivem juntos por seis meses consecutivos. Os ratos convertem oxigênio em CO
2 e algas - vice-versa.
A biologia pode até nos ajudar na construção. A sorte produziu tijolos a partir de micélio e materiais vegetais e mostrou que o fungo experimenta a ausência de peso simulada e a radiação que encontra na lua. O material de construção cultivado localmente pode potencialmente substituir o regolito.
É provável que vejamos um sistema híbrido no qual parte da comida será trazida da Terra. Mesmo que os cientistas possam modificar geneticamente todas as culturas para fornecer todos os nutrientes necessários, os astronautas ainda podem precisar de uma variedade de alimentos para manter um sistema digestivo saudável. As pessoas não vão querer comer a mesma coisa diariamente, mas é preciso muito esforço para transformar plantas ou algas em alimento. "Não queremos enviar astronautas para lá como agricultores", diz Anderson.
A AIAA Sherwood concorda com a necessidade de diversidade - especialmente se os turistas espaciais viajam para a lua. "Você não abre o hotel até poder misturar martini ou fazer uma omelete", diz ele. Mas sabemos pouco sobre cozinhar em condições de baixa gravidade.
Para que as pessoas possam viver na lua, o SOM planeja a presença de uma força de trabalho robótica. “Levantamento geodésico, movimento regolito, construção, extração de recursos e manutenção de rotina não são as melhores pessoas que podem fazer”, diz Sherwood. O SOM espera que os robôs construam moradias e, possivelmente, um módulo de fabricação de produtos, e construam muros de regolito antes da chegada dos primeiros residentes.
No entanto, uma dificuldade pode ser fatal para pessoas e máquinas: poeira. Por bilhões de anos, o bombardeio de micrometeoritos esmagou a camada superficial da lua, criando poeira composta por fragmentos afiados e lisos, em um local onde não há ar nem água que possa suavizar suas bordas. Cerca de 10-20% da massa da camada superior do regolito da Lua
consiste em partículas com tamanho inferior a 20 mícrons, o que é comparável ao talco fino.
Essas partículas são
eletrostaticamente carregadas pelo vento solar, então formam uma mistura pesada e aderem a tudo, e são muito pequenas para serem notadas. Durante as missões Apollo, em poucas horas caminhando na lua, a poeira entupiu os protetores das botas, limpou os trajes espaciais, arranhou as lentes, destruiu os carros, entupiu os filtros de ar e irritou os olhos e narizes dos astronautas. Se inalado, pode até causar câncer.
O SOM propõe a organização de salas para se livrar da poeira nas entradas das residências, mas, mesmo que consigam tornar as salas internas absolutamente limpas, isso não impedirá a degradação do equipamento externo. "Sabemos em que consiste o regolito e por que ele é", diz Sherwood, "mas ninguém tem a menor idéia de como projetar um sistema confiável nessas condições".
Chegar à lua é difícil, e ficar lá é ainda mais difícil. Mas se engenheiros e arquitetos puderem superar todos os obstáculos, teremos um mundo inteiro de novas oportunidades.