近日，Sierra Space公司建造的原型充气空间站模块在美国宇航局阿拉巴马州马歇尔太空飞行中心的测试台上发生剧烈爆炸。在正常情况下，这将是一件坏事。但在这种情况下，塞拉期待着炸毁他们的杰作。事实上，在之前的试运行中，当它未能爆炸时，人们感到有些失望。
LIFE 模块爆破测试
这是因为 Sierra 的团队正在寻找直径为 8.2 米（26.9 英尺）的大型集成柔性环境 (LIFE) 模块的最终胸围压力，这是一个真实世界的演示，展示了在膨胀之前可以将多少空气泵入膨胀结构中。它弯曲了。 NASA 建议他们在略低于 61 PSI 的压力下进行拍摄，这将是载人栖息地舱预期运行压力的四倍。
当全尺寸 LIFE 原型自行撕裂时，其内部压力已达到 77 PSI。到目前为止的结果似乎非常有希望，但塞拉需要至少再重复两次测试，以确保他们的材料和施工技术能够承受太空飞行的严酷考验。
Sierra 的目标是不早于 2026 年进行太空测试，但即使他们确定了日期（对于尖端航空航天项目来说总是一个可疑的前景），他们仍然会晚大约 20 年。尽管充气空间站的想法看起来多么具有未来感，美国宇航局 (NASA) 早在 20 世纪 90 年代就开始试验可扩展栖息地模块的概念，并在 2000 年代初期将实际例子发射到轨道上。
美国宇航局转运舱
随着美国宇航局最终确定我们现在所知的国际空间站的计划，据了解，轨道综合体的大部分组件都需要安装在航天飞机的有效载荷舱内。实际上，这意味着空间站模块的形状需要基本呈圆柱形，并且长度不超过约 18 m（60 英尺）。仅这些参数并不是特别难以解决的参数，因为美国和苏联之前的空间站也面临着各自运载火箭的类似限制。棘手的一点是航天飞机的有效载荷舱只有 4.6 m（15 英尺）宽。
虽然这允许模块比迄今为止和平号使用的模块稍宽，但与天空实验室直径 6.6 m（21.6 英尺）的“轨道工作室”模块相比，这是一个相当大的降级。认为这是一个潜在的长期问题，美国宇航局的工程师转向了最初为火星理论任务设想的一个想法：一个充气栖息地模块，可以装进航天飞机的有效载荷舱，然后扩展到其最终尺寸一旦进入轨道并充满空气，高度为 8 m（26 ft）。
拟议的模块被称为 TransHab，将分为多个甲板，为宇航员提供生活和工作区域以及充足的存储空间。会有六个单独的船员舱、一个专门的健身区、医疗设施、一个设备齐全的厨房和一张可用于全体会议或团体用餐的大军官桌。
不幸的是，由于整个国际空间站计划的延误和成本超支，NASA 于 2000 年被勒令停止像 TransHab 这样的充气模块的研发。取而代之的是开始建造一个更简单的居住模块，该模块可以安装在航天飞机内，但讽刺的是，这最终也被取消了。
即使在今天，国际空间站上也没有正式的“栖息地”模块——睡眠、饮食和锻炼的设施遍布整个空间站。
毕格罗航空航天公司
虽然众议院第 1654 号决议禁止 NASA 开发自己的充气站模块，但该法案确实包含这样的措辞：如果此类模块是由私营企业建造的，航天局可以租赁该模块。听说 TransHab 计划被取消后，企业家罗伯特·毕格罗联系了航天局，并通过他的毕格罗航空航天公司获得了将他们已经在充气模块上进行的研究商业化所需的权利。
此时，TransHab 的开发基本上处于概念性阶段，毕格罗航空航天公司在接下来的几年里吸收了 NASA 的想法，并将其转化为实用的测试文章。他们所做的改进之一是在充气结构中添加了 Vectran。这种人造纤维由液晶聚合物纺成，强度是凯夫拉纤维的两倍，此前曾用于制造安全气囊，使探路者号于 1997 年安全登陆火星。
创世记一号
2006 年，毕格罗航空航天公司开发了 NASA 的原始概念，并准备推出功能原型机。
Genesis I模块的长度为 4.40 m（14.4 英尺），并从发射时的原始直径 1.60 m（5 英尺 3 英寸）扩大到 2.54 m（8 英尺 4 英寸），操作过程大约需要 10 秒。完全的。它的太阳能电池阵列为机载诊断系统和十多个记录模块内部和外部充气情况的摄像机提供电力。
Genesis I模块设计运行六个月，在最终关闭之前将数据传输回毕格罗宇航公司两年半。虽然机载系统停止传输有用数据，但结构本身仍然完好无损，没有压力损失或其他退化的迹象。
目前，创世纪一号仍处于稳定的 463 x 471 公里（287 x 292 英里）轨道上，倾角为 64.5°，编目号为 NORAD 9252 和COSPAR 2006-029A 。
创世记二
继第一个原型模块取得成功后，毕格罗航空航天公司于一年后的 2007 年推出了Genesis II 。第二个模块从外部和机械角度来看基本相同，但增加了更多摄像头和反作用轮，使模块能够更好地自行定位在太空中，改进的充气系统和升级的传感器套件。
与它的前身一样，创世纪二号传输数据超过两年，并保持在非常相似的 452 x 505 公里（280 x 314 英里）轨道上。它的编目号为 NORAD 31789 和COSPAR 2007-028A 。
毕格罗可扩展活动模块 (BEAM)
经过近十年的进一步开发，毕格罗宇航公司终于在 2016 年为 NASA 提供了一个可充气的国际空间站模块。航天局支付了 1780 万美元购买了该模块，并在 SpaceX Dragon 的未加压行李箱内将其运送到国际空间站。从那里，Canadarm2 机械臂被用来将 BEAM 连接到Tranquility模块的后端口。
BEAM 的扩展进度超过七个小时。
与双Genesis模块不同，BEAM 可以扩大其长度和直径。当装入龙的行李箱时，它长 2.16 m（7 英尺 1 英寸），直径 2.36 m（7 英尺 9 英寸）。经过 7 小时的膨胀过程后，测量长度为 4.01 m（13.2 英尺），直径为 3.23 m（10.6 英尺）。
一个完全开发的充气模块将包括内部固定装置和设备，但作为一个测试品，BEAM 的内部基本上只是开放空间。经过一年的监测，决定将其用于存储，BEAM内部配备了布袋。在 2019 年进行工程评估后，美国宇航局决定该模块将至少在 2028 年之前保留在国际空间站上。
欧洲航天局 (ESA) 宇航员保罗·内斯波利 (Paolo Nespoli) 在 BEAM 内
不幸的是，毕格罗航空航天公司于 2020 年 3 月解雇了所有员工，该公司于 2021 年完全暂停运营。虽然没有发布任何官方公告，但该公司现在被认为已不复存在。
塞拉空间
随着毕格罗航空航天公司退出，Sierra Space 已成为太空可扩展结构的新行业领导者。该公司于 2021 年从内华达山脉公司分拆出来，主要致力于开发大型集成灵活环境 (LIFE) 模块，以及追梦者太空飞机。最终目标是垂直整合——追梦者号将船员和货物运送到由 LIFE 模块组成的空间站。
Sierra 的多层充气技术包括 Vectran“约束层”，该公司表示，一旦完全充气，该技术使其模块比钢更坚硬。他们还开发了一种方法，可以在模块的充气壁上放置窗户或气闸等开口，同时仍然超过美国宇航局认证所需的压力额定值。这种能力有望极大地扩展充气模块的潜在功能，而充气模块以前仅在圆柱形结构的两端设计有开口。
充气结构的每一层都有特定的功能。
Sierra Space 最近进行破坏性测试的模块是该公司所称的 LIFE 1.0 的全尺寸原型：一个充气体积为 300 立方米、长 6 m（19.6 英尺）、直径为 9 m（29.5 英尺）的结构，并且可以在标准 5 m（16.4 ft）有效载荷整流罩中发射。这将使其与 SpaceX Falcon 9 和联合发射联盟新推出的 Vulcan等火箭兼容。
下一个演进将是 LIFE 2.0，它将模块的长度加倍至 12 m（39.3 英尺），以实现 600 m3 的膨胀体积，同时保留相同的直径以与当前的运载火箭保持兼容。 Sierra Space 还制定了 LIFE 3.0 的长期计划，这是一个 1440 立方米的大型模块，其可用体积比整个国际空间站还要多。 LIFE 3.0 长度为 16.2 m（53 ft），膨胀直径为 11 m（36 ft），填充直径为 7 m（23 ft），将 LIFE 3.0 送入轨道需要下一代运载火箭，例如NASA 的运载火箭。 SLS Block 1B Cargo 、SpaceX 星舰或Blue Origin 的 New Glen 。
下一步
轨道珊瑚礁概念
根据 Sierra Space 的新闻稿，2024 年将是忙碌的一年。将会有更多的测试，包括全尺寸和小尺寸的文章，他们还将研究微流星体轨道碎片（MMOD）层，这对于保护模块免受不可避免的影响至关重要。长时间太空飞行。
至于该技术的首次实际应用，Sierra Space 和 Blue Origin 正在合作开发 Orbital Reef 商业空间站，该空间站预计至少有一个 LIFE 模块作为其基线配置的一部分。 NASA 于 2021 年 12 月向轨道珊瑚礁项目授予了 1.3 亿美元，目标是在国际空间站退役时使其投入运行，目前计划于 2030 年某个时间退役。
虽然看起来这不会最终发生在国际空间站上，但如果运气好的话，美国宇航局让宇航员在充气空间站生活和工作的梦想可能最终会在本世纪末成为现实。
原文： https://hackaday.com/2024/01/30/the-past-present-and-future-of-inflatable-space-habitats/