Cabinet d'architectes de renom Skidmore, Devoirs &Merrill, créateur de plusieurs des plus hauts gratte-ciel du monde, a travaillé sur une conception encore plus stimulante :un habitat pour un futur village lunaire. Leur proposition a fait l'objet d'un examen rigoureux par les experts de l'ESA à l'installation de conception simultanée d'évaluation de mission de l'Agence.

Ce processus d'examen a signalé divers problèmes mais n'a trouvé aucun obstacle, ce qui signifie quelque chose qui ressemble à l'innovation, à la structure semi-gonflable pour quatre personnes pourrait bien se retrouver sur la surface lunaire dans les années à venir.

Skidmore, Owings &Merrill (SOM) a consulté des professeurs du département d'aéronautique et d'astronautique du MIT ainsi que l'ESA sur leur étude de conception de l'habitat. Il s'inspire de la vision du directeur général de l'ESA, Jan Wörner, d'un village lunaire international développé grâce à une alliance d'acteurs privés et publics, partenaires spatiaux et non spatiaux.

Les travaux ont commencé sur l'étude en 2018, mais cette année, le plan de conception de l'habitat a fait l'objet d'une étude en six sessions au Concurrent Design Facility (CDF) de l'ESA. Situé au cœur technique de l'Agence, à Noordwijk, les Pays-Bas, le CDF rassemble un réseau de spécialistes de l'espace pour effectuer des évaluations rapides de nouveaux concepts de mission et créer des plans exploitables.

"La valeur de ces sessions CDF est qu'elles peuvent exécuter notre conception devant tous les experts nécessaires en temps réel, " dit Daniel Inocente, chargé d'études à la SOM. "Ce fut une expérience formidable parce que nous avons pu découvrir les facteurs limitants impliqués dans la conception pour la lune en peu de temps, prendre ceux-ci à bord et identifier les réponses potentielles."

"Cette étude est clairement tournée vers l'avenir, au-delà de l'horizon des activités d'exploration lunaire actuellement prévues, " explique Advenit Makaya, chargé d'études à l'ESA. "Mais cela a été un exercice très intéressant pour les différents experts de l'ESA, collaborer avec des experts en architecture, pour identifier et traiter les moteurs et les moyens par lesquels cette conception innovante pourrait être déployée sur la lune."

« La collaboration sur ce projet, combinant les meilleures idées et expertises du SOM et des experts de l'ESA, est un très bon exemple de la façon dont l'ESA souhaite non seulement développer de futurs programmes, mais aussi être un catalyseur pour d'autres initiatives contribuant au bien commun, " commente Isabelle Duvaux-Béchon, du Département de coordination des politiques et des programmes de l'ESA.

Gonflage pour un maximum d'espace dans l'espace

En prenant comme point de départ le module gonflable BEAM actuellement attaché à la Station spatiale internationale, SOM a conçu une structure de coque semi-gonflable pour offrir le rapport volume/masse le plus élevé possible. Une fois gonflé sur la surface lunaire, il atteindrait environ le double de son volume interne d'origine.

Daniel explique :« À l'intérieur, nous avons beaucoup réfléchi à l'expérience humaine, en termes de conditions d'éclairage, architecture flexible et reconfigurable selon les besoins, et aussi un espace élevé du sol au plafond - un sixième G lunaire signifie que les membres d'équipage peuvent atteindre beaucoup plus haut, et nous encourageons cela en utilisant des barres d'appui et d'autres aides simples. L'astronaute à la retraite de la NASA Jeffrey Hoffman, Professeur au Département d'aéronautique et d'astronautique du MIT, nous a donné des commentaires sur l'amélioration de l'espace de vie et de travail à partir de son expérience personnelle."

Son site choisi a été décrit comme l'immobilier le plus recherché du système solaire :le bord du cratère Shackleton à côté du pôle Sud lunaire. Éviter les températures extrêmes paralysantes des jours et nuits de deux semaines de la lune, cet emplacement offre un ensoleillement quasi continu pour l'énergie solaire, une vue continue de la Terre et l'accès aux dépôts de glace d'eau lunaire dans les cratères adjacents ombragés en permanence.

L'habitat de quatre étages serait gonflé soit localement par des astronautes, soit via des rovers téléopérés depuis la station Gateway autour de la lune. Il garderait son équipage de quatre personnes en vie et à l'aise jusqu'à 300 jours à la fois.

Danger :rayonnement

A l'origine, la conception prévoyait un séjour de 500 jours mais cette cible a dû être réexaminée en raison de l'une des contraintes les plus difficiles de la vie sur la lune :le rayonnement. Parce que la lune est bien en dehors du bouclier magnétique protecteur de la Terre pour la majorité de son orbite, elle est soumise aux rayonnements ionisants du Soleil et de l'espace lointain.

"L'analyse du rayonnement CDF nous a donné une meilleure indication des limites d'exposition et de durée, nous avons donc dû changer notre objectif de base, " commente Daniel.

"De la même manière, au départ, nous avions prévu d'avoir les quartiers de l'équipage à un étage supérieur, mais l'a déplacé à un niveau inférieur, pour doubler comme abri de l'équipage contre les tempêtes solaires. Ce niveau stockerait également notre système de survie, offrant une protection supplémentaire contre les rayonnements. Il y a aussi la possibilité de revêtir la structure de matériau lunaire ou bien d'eau de source locale, pour renforcer encore la protection de l'équipage."

Garder les équipages en vie et en bonne santé

Avec un regard tourné vers l'avenir, l'habitat combine des systèmes traditionnels de maintien de la vie avec des systèmes régénératifs en boucle fermée, travaillé dans le cadre du programme de longue date MELiSSA de l'ESA, avec l'avantage supplémentaire de permettre la culture des aliments in situ.

Les besoins en énergie de l'habitat, estimés à 60 kilowatts d'après l'expérience de l'ISS, seraient satisfaits en utilisant soit une centrale solaire adjacente, soit un réacteur à fission déployé en surface.

Les radiateurs seraient tout aussi importants, nécessaire pour évacuer la chaleur résiduelle et maintenir une température interne confortable des manches de chemise de 22°C. L'équipe du CDF, s'appuyant sur l'expérience passée du chasseur de comète Rosetta de l'ESA, a proposé d'ajouter des « persiennes » fermables pour contrôler l'émissivité du radiateur pendant les nuits polaires brèves mais froides.

Options d'atterrissage et de lancement

Un autre facteur clé de conception est de minimiser le contact avec collant, poussière lunaire abrasive. Comme l'explique Daniel :« En fait, nous débarquions l'habitat à une certaine distance de sa destination finale et le transportions sur place par voie terrestre, parce que l'atterrissage de l'atterrisseur soulèvera beaucoup de poussière, ce qui est nocif pour les personnes et les équipements. Et l'habitat s'interfacerait avec des coquilles de sas séparées consacrées au dépoussiérage des combinaisons spatiales et des équipements, pour vraiment atténuer la quantité de poussière dans l'habitat."

L'un des plus grands défis signalés par le CDF est d'y parvenir. L'habitat, comprenant tous ses équipements internes pré-équipés, aurait une masse supérieure à 58 tonnes, ce qui dépasserait le cadre des lanceurs actuellement en service.

Daniel ajoute :« Au-delà du court terme, nous avons envisagé deux options, dont l'un est le prochain lanceur Space Launch System de la NASA, et l'autre est le vaisseau spatial de SpaceX, qui n'aurait aucun problème avec nos exigences de masse, mais est encore à un stade précoce de développement. »

Une fois le premier habitat en place, l'équipe SOM envisage des modules supplémentaires la rejoignant à son tour, personnalisé pour des fonctions spécifiques telles que la recherche, fabrication, la culture alimentaire et le tourisme - permettant à la base de s'étendre dans un village, puis finalement une ville.

Comme le conclut Daniel :« Nous ne travaillions sur le Moon Village qu'à mi-temps, mais le projet a informé notre réflexion sur les grands bâtiments terrestres comme les gratte-ciel et les aéroports d'une manière à la fois qualitative et quantitative. Sur Terre, les exigences ne sont pas aussi absolues que l'espace, mais l'expérience offre des moyens d'améliorer nos méthodologies de conception, comme le choix des matériaux, technologies de construction intégrées et minimiser les impacts environnementaux.

"Et l'effort de conception de cet habitat est utile en soi. Il serait extrêmement coûteux à construire, techniquement difficile, mais cela est concevable compte tenu du taux d'amélioration de la technologie et de l'ingénierie et nous fournit un objectif vers lequel aspirer, tout comme la planification de la construction du prochain, plus haut gratte-ciel ou planifier une ville terrestre du futur."