Deep Space Habitat: uno sguardo approfondito

Il progetto su cui è attualmente basato il programma di esplorazione umana dello spazio oltre l’orbita terrestre è il Deep Space Habitat.
Si tratta di un piccolo avamposto pressurizzato, basato principalmente su tecnologie già utilizzate e sperimentate sulla ISS, che possa permettere la permanenza di un equipaggio nello spazio esterno.

Nei mesi scorsi il programma di sviluppo era stato inizialmente presentato in fase di avanprogetto e ora, mano a mano che il dettaglio viene approfondito, vengono divulgate ulteriori informazioni tecniche sulle sue caratteristiche.
Pensato attualmente in due configurazioni differenti, destinate rispettivamente per missioni dell’ordine di grandezza dei 60 e dei 500 giorni, le caratteristiche salienti del progetto vertono sull’utilizzo di moduli strettamente derivati da quelli utilizzati sulla ISS, ad esempio gli MPLM o i “nodi”. In questo modo i vantaggi sarebbero diversi, l’hardware è già qualificato per il volo e non necessita di tutti i processi di certificazione necessari, il programma ISS verrebbe ad essere coinvolto in questo progetto con relativi finanziamenti e la partecipazione internazionale sarebbe agevolata dall’esperienza della ISS.
Le due configurazioni differenti sarebbero destinate a possibili obiettivi diversificati, lasciando aperte le destinazioni in base alle future scelte di missione. Nel dettaglio il modulo “60 giorni” avrebbe a disposizione il necessario per supportare missioni nei punti L1 e L2 Terra-Luna, l’orbita geostazionaria terrestre, il punto L2 Terra-Sole, l’orbita lunare e l’orbita terrestre per ricerca in ambiente stabile.
Per quanto riguarda invece il modello “500 giorni” entrerebbero nel campo d’azione del progetto anche alcuni asteroidi NEO e l’orbita di Marte.
Come già in precedenza dichiarato il sistema permette il proprio assemblaggio in LEO sia con vettori di dimensioni contenute come gli EELV, oppure con un numero minore di lanci utilizzando l’SLS.

La configurazione base prevede l’utilizzo di un Cryogenic Propulsion Stage (CPS) dimensionato per le singole missioni, l’HAB Module basato sulle caratteristiche e le dimensioni di Destiny, un “Utility tunnel” che servirà anche da porta di docking per il MMSEV e l’airlock e un modulo derivato dai MPLM per la versione “500 giorni”, per un volume abitabile complessivo rispettivamente di 65 e 90 metri cubi.

Il modulo nella configurazione “60 giorni”

Per quanto riguarda i lanci, nel caso fosse utilizzato il Delta IV Heavy la costruzione potrebbe avvenire in un unico lancio per il trasporto in LEO del modulo nella configurazione di dimensioni minori, mentre servirebbero due lanci per il sistema più grande. Per entrambi andrebbe poi aggiunto il lancio necessario per l’equipaggio e per lo stadio criogenico.

Il modulo nella configurazione “500 giorni”

La massa complessiva sarebbe rispettivamente, di circa 28 ton e 45 ton esclusi CPS e veicoli ospiti.

Passiamo ora ad un’analisi più dettagliata dei vari sottosistemi e le loro caratteristiche peculiari.

Crew systems
I sistemi di supporto all’equipaggio saranno molto simili a quelli attualmente presenti sulla ISS, le cuccette private saranno posizionate ad una estremità del modulo, in modo da mantenere livelli di rumore e “traffico” quanto più bassi possibile. Le cuccette avranno isolamento acustico maggiorato, un sistema di controllo dell’aerazione, della temperatura e delle luci controllabili singolarmente, connessioni dati per comunicazioni private e prese di corrente dedicate.
La pressione interna verrà mantenuta a 0.7atm durante la missione nominale e 1atm quando il modulo sarà inizialmente collegato alla ISS.

Per i pasti è prevista un’area apposita comune e per la preparazione saranno disponibili un forno a microonde e un refrigeratore alimentare per la versione “500 giorni”.

Per i rifiuti è presente un’area maggiorata rispetto a quella della ISS a causa della durata delle missioni, con un sistema di aerazione incrementato e più facilmente pulibile e un piccolo compattatore per minimizzare l’ingombro dei rifiuti.

Per l’igiene personale sarà possibile lavarsi completamente a mano come sulla ISS, lavarsi i denti e radersi.

Per quanto riguarda invece la configurazione interna degli spazi questa sarà profondamente rivista rispetto a quella utilizzata sulla ISS, con una disposizione degli ambienti differente, derivante dalle “lesson learned” proprio della ISS.

Il confronto fra la sistemazione dei rack sulla ISS e quelli sul DSH

La disposizione degli spazi interni

In particolare, analizzando l’utilizzo degli spazi fatti sulla ISS, con rack standard sulle quattro pareti di ogni modulo, ci si è accorti come molte zone non fossero pienamente utilizzate, mentre altre, il cui accesso era più frequente del previsto erano difficilmente raggiungibili.
Per questo la configurazione prevista per i moduli del DSH è concettualmente differente, non saranno presenti rack standard sulle quattro pareti ma moduli appositamente dimensionati.
Come è possibile notare dalle immagini sotto riportate, la disposizione non sarà simmetrica sui quattro lati, ma gli spazi saranno occupati sulla base delle stime di frequenza d’uso e comodità di raggiungimento.

ECLSS
Il sistema di supporto vitale per l’equipaggio è basato anch’esso su quello della ISS (CDRA, THC, TCCS, ACSS, OGA e CDR) ma verrà montato sul modulo in maniera differente rispetto alla ISS, dove è installato in rack standard.
Saranno presenti due sistemi di riciclo dell’acqua ISPR e tutto il sistema ECLSS (cibo, acqua e ossigeno) sarà dimensionato per supportare le attività dell’equipaggio, in modalità “contingency”, senza alcun tipo di recupero delle risorse, per almeno 21 giorni nella versione “60 giorni” e 60 giorni per la “500 giorni”.
Il calcolo, oggi piuttosto preciso, dei consumi “pro-capite” delle risorse, e in particolare dell’acqua, è stato possibile grazie ai molti anni di utilizzo della ISS con ciclo “semi-chiuso” ed oggi quasi completamente chiuso.

Sistemi di generazione della potenza elettrica
Per la produzione della necessaria potenza elettrica è previsto l’utilizzo dell’energia solare per l’intero fabbisogno dell’avamposto. Tale fabbisogno è dimensionato in 14kW circa per il modulo “60 giorni” e quasi 19kW per il “500 giorni”.

La tecnologia dei due pannelli solari che verranno installati, sarà la medesima della più recente utilizzata per i pannelli “Ultraflex” di Orion. Particolare attenzione verrà posta nelle ombre che sorgeranno fra i vari pannelli (3 set da 2 ciascuno, per MPCV, DSH e CPS) nei vari assetti di volo e per i quali in alcuni momenti potrà essere necessario non dispiegare quelli di Orion, i più piccoli, per massimizzare l’insolazione sugli altri.
La distribuzione avverrà con i “canonici” 120V e il controllo dell’impianto elettrico sarà gestito dall’hardware già sviluppato per la capsula Orion.
Il sistema di batterie utilizzerà materiale COTS agli ioni di litio, saranno batterie SAFT in serie da 180 celle ciascuna, per un totale di 170kg e 225kg rispettivamente, per le due versioni.

Avionica
L’avionica sarà quasi la medesima di quella utilizzata su MPCV, dal momento che la nuova capsula è anch’essa prevalentemente un modulo abitativo e come per Orion è necessario un robusto sistema di controllo ambientale, comunicazione e di gestione dei sistemi.
L’avionica sarà praticamente la medesima nelle due versioni del modulo e si differenzierà quasi esclusivamente per un’antenna per comunicazione di maggiori dimensioni nella versione più grande (1,5m rispetto ai 75cm).
Tutti i controlli avverranno, da parte dell’equipaggio tramite laptop.
Per la connessione dati sarà disponibile a 100Mbps per la versione “60 giorni” e 10Mbps per la versione “500 giorni” configurata in orbita di Marte.
Il DSH non avrà un proprio sistema di controllo dell’assetto ma utilizzerà quello dei veicoli ospiti, MPCV, MMSEV o CPS.
All’esterno saranno montate 4 telecamere per monitorare le attività esterne e per controllare le attrezzature. Nella versione “500 giorni” a causa della banda ridotta e della grande distanza, non saranno disponibili trasmissioni video in diretta.

Controllo termico
Il sistema di controllo termico avrà, come sulla ISS, un parte attiva e una passiva. Per la parte attiva verranno utilizzati radiatori non orientabili e un sistema di smaltimento simile a quello della ISS, con un circuito ad acqua interno ed uno ad ammoniaca esterno, per una capacità totale di 12 e 13 kW rispettivamente. Tutto il complesso e le attrezzature esterne avranno inoltre un tradizionale sistema di regolazione passiva multistrato.

Sistema di protezione ambientale
Lo scudo esterno anti MMOD è derivato da quello utilizzato sul PLM, mentre lo scudo anti-radiazioni sarà formato principalmente da acqua e sarà posizionato intorno all’area destinata alla zona di riposo dell’equipaggio. Quest’ultimo sarà formato da un involucro in polietilene contenente circa 10cm di spessore di acqua. Lo scudo così progettato sarà sufficiente per la protezione da SPE (Solar Particle Event) mentre non è attualmente prevista protezione da GCR (Galactic Cosmic Radiation). Saranno inoltre presenti fino a 30 contenitori di acqua potabile per la versione più grande, e questi offriranno un’ulteriore protezione quando disposti in zone predefinite sul DSH.

Struttura dello scudo anti-radiazioni