Kõrgem pilotaaž: arhitektuur kosmoses
Adamsi sõnul on tegelikult kogu arhitektuur kosmosearhitektuur ning maapealne ehituskunst lihtsalt üks osa sellest. Kosmoseehitisele kehtivad maapealsete hoonetega võrreldes hoopis teised nõuded. Ehitise konstruktsioon peab taluma kiiruse äkilisi muutusi, põkkumisi ja kokkupõrkeid, summutama vibratsioone, tulema toime äärmuslike temperatuuridega.
Kasutatavad materjalid peavad kaitsma inimesi ning varustust kiirguse, kosmoseprügi ning muude keskkonnast tulenevate ohtude eest. Kõik inimasustusega struktuurid peavad olema võimelised ilma leketeta taluma sisesurveid rõhul 0,6-1 atm.
Suurimad ohuallikad on kosmiline kiirgus, mis on väga väikese väljatihedusega, kuid kõrge energiaga prootonite voog, ja võimsad päikeseloited, mis on võivad tõsta kiirguse intensiivsuse surmava tasemeni. Kiirgusega arvestamine on tähtis faktor, mis mõjutab tugevalt missioonide kestvust ning kosmosealuse süsteemide eluiga. Väga tõsist ohtu kujutavad endast asteroidid ja meteoriidid. Üha suuremaks probleemiks on saamas antropogeense päritoluga jäätmed ehk kosmoseprügi.
Maa-lähedasel orbiidil moodustab suurema osa sealsest hõredast atmosfäärist atomaarne hapnik, mis mõjub lennuaparaadi pindmistele materjalidele erodeerivalt. Hõõrdejõud põhjustab orbiidi pidevat langemist.
Sageli on kosmosearhitektuuri eeskujudeks mitmesugused maapealsed ekstreemsetes tingimustes püstitatavad ehitised. Näiteks eskimote iglud. Nende konstruktsioonipõhimõte on leidnud kasutamist Kuule ja Marsile rajatavate baaside projektides, kus mitu omavahel käikudega ühendatud iglu-tüüpi hoonet moodustavad ühtse kompleksi. Pealt kaetakse hooned pinnasega, mille ülesanne on kaitsta baasi kosmilise kiirguse ja meteoriitide eest.
Kosmosearhitektuur on toonud arhitektuuriterminoloogiasse uusi mõisteid. Näiteks võiks tuua kinemaatilise arhitektuuri printsiibi. Maa peal ei tuleks kõne alla mingil hetkel mõnel ehitisel omavahel vasaku ja parema tiiva ära vahetamine, ajutiselt lisakorpuse lisamine vms. Kosmoses on moodulid ühendatavad Lego-klotside põhimõttel, nende asukohtade vahetamine või uute moodulite liitmine on täiesti mõistuspärane tegevus.
Kosmosemoodulid võivad olla mitmesuguse lahendusega: konventsionaalsed, teleskoop- ja täispuhutavad moodulid või hübriidkompleksid.
Konventsionaalne ehk normaalmoodul on standardne lähenemine, mida iseloomustab lihtsus. Funktsionaalsed süsteemid ja varustus on integreeritud mooduli valmistamise käigus. Primaarstruktuur peab tagama mooduli vastupidavuse. Kesta paneelide jäikuse ning kandejõu suurendamiseks kasutatakse pikivardaid, mõlemad kinnitatakse rõngasraamistiku abil. Avauste (akende, luukide, põkkumispordi) raamid tagavad vajaliku tugevuse.
Kuigi konventsionaalne moodul leiab laialdast rakendamist, on tal teiste moodulitüüpidega võrreldes mitmeid puudusi. Põhiprobleem on see, et ruumala saab suurendada vaid teiste moodulite lisamisega, mis paratamatult toob kaasa suuri kulutusi.
Teleskoop-tüüpi moodulid võimaldavad teatud ulatuses reguleerida mooduli mahtu. Konstruktsioonilt on tegemist kahe jäiga toruga, millest üks liigub teise sees. Stardi ajal on üks sektsioon kokkulükatud olekus, mis võimaldab olulisel määral ruumi kokku hoida. Erinevalt täispuhutavatest moodulitest saab teleskoopmooduli ruumala suureneda vaid ühes suunas.
Mõningaid täispuhutavaid struktuure on kosmoses katsetatud, mitmed on projekteerimise ja testimise erinevates staadiumites. Täispuhutavate moodulite oodatav eelis on oluliselt odavamad transpordikulud. Mooduli ülesviimine pakitul kujul annaks saadetise ruumala osas suure kokkuhoiu.
Täispuhutaval moodulil on nn surveseinad, mis koosnevad erinevatest kihtidest ja millest igaühel on kindel otstarve. Näiteks Constance Adamsi TransHabi sein koosneb 24 kihist, mis jagunevad nelja suuremasse rühma.
Sisemise kihi sein on kaetud Nomexiga, tulekindla materjaliga, millel on ka kulumiskindlad omadused. Sellest väljapoole jääb täispuhutav struktuur, milles on õhk rõhu all. Keskmine kiht tagab mooduli kuju ja struktuurse tugevuse. Põhikomponent on kevlarist punutud sõrestik.
Välimine kiht kaitseb moodulit kosmilise prügi eest. Penoplastiga kaetud kaitsekiht on valmistatud keraamilisest kangast Nextelist, mida mu hulgas kasutatakse ka autode kapoti all dielektrikuna. Kõige välimine kiht on kaetud termilise kaitsekihiga.
TransHab on projekti kohaselt kolmekorruseline. Esimesel korrusel asub konverentsisaal, mille illuminaatorist on astronautide moraalseks turgutamiseks alati paistmas Maa. Teisel korrusel on magamistoad ja kabinetid kuuele meeskonnaliikmele. Kolmandal asuvad spordisaal, arstipunkt ja vannitoad.
Esialgu oli TransHab kavandatud Marsi missiooniks, hiljem otsustati seda projekti rakendada rahvusvahelises kosmosejaamas. Mitmete probleemide, seal hulgas rahanappuse tõttu pole projekti siiani ellu viidud.
Täispuhutavast moodulist rääkides on paslik meenutada, et sarnase konstruktsiooni esimesed ideed pärinevad 1960ndatest aastatest, kui Nõukogude Liit ja USA heitlesid Kuule jõudmise nimel. Vene teadlaste projekteeritud Kuu-jaama seinad olid samuti kavandatud pehmest materjalist, mis kohapeal oleks täidetud vahtpolüsterooli taolise ainega. Viimase moodulitüübi ehk hübriidkomplekside puhul on integreeritud mitmed erineva konstruktsiooniga moodulid.
Arhitekti üks olulisemaid ülesandeid nii kosmoses kui ka maa peal on tagada inimesele võimalikult head elutingimused. Eelpool oli juttu mitmetest ohtudest, millega peab avakosmoses arvestama. Omaette probleem on gravitatsiooni puudumine.
Kaaluta olekuga on seotud mitmed tervist ning üldist sooritusvõimet mõjutavad tegurid. Nendeks on näiteks luude hõrenemine, lihaste atrofeerumine, mõju südameveresoonkonnale ja vereloomele ning isegi meelepetted. Lahenduseks on toroidaalne ehk sõõrikukujuline pidevalt pöörlev konstruktsioon, mille ülesanne on kunstlikult tekitada gravitatsiooniefekti.
Meie senised teadmisest tehisgravitatsiooni kohta on üsnagi piiratud, kuid selge on, et põhiliseks probleemiks on Coriolise jõud, mis mõjuvad inimese tasakaaluaparaadile. Sellest tulenevalt tekivad merehaigust meenutavad sümptomid: peapööritus, iiveldus jne. Nende jõudude mõju sõltub inimese pea asendist ringliikumise vektori tasandi suhtes.
Funktsionaalselt on toroid tsentrifuug ning tema poolt tekitatav tehisgravitatsioon on tegelikult tsentrifugaaljõud. Aluse kere tagab kehale ringliikumiseks vajaliku tsentripetaaljõu. Ehk siis tajutav gravitatsioon on vaid alusel oleva keha reageerimine talle mõjuvale tsentripetaaljõule, vastavalt Newtoni kolmandale seadusele. Erinevalt päris gravitatsioonist, mis tõmbab keha keskpunkti poole, on meil tegemist “pöördgravitatsiooniga”, mis tõukab keha pöörlemisteljest eemale. Tehisgravitatsiooni tugevus sõltub keha kaugusest pöörlemise keskpunktist.
Inimesele mõjuvad Coriolise jõud seavad pöörlemiskiirusele teatud piirangud. Üks pööre minutis on hästi talutav, kolme pöördega võib enamik kohaneda, viie pöördega harjuvad vähesed ning kümme ja enam pööret minutis on organismile talumatu koormus. Ainus viis vajaliku tehisgravitatsiooni saavutamiseks pöörlemiskiirust kasvatamata on viia keha pöörlemistsentrist kaugemale. Et hoida Coriolise jõudude mõju talutaval tasemel, ei tohiks pöörlemiskiirus ületada kahte pööret minutis. Et tekitada sellise kiiruse juures tehislikku gravitatsioonijõudu 1g, peaks pöörlemisraadius olema 224 m.
1975. aastal töötati Stanfordi ülikooli juures välja 900meetrise raadiusega toroidi mudel, mis võimaldaks püsielu kosmoses 10 000 kuni 140 000 elanikule. Et tagada tehisgravitatsioon vahemikus 0,9 kuni 1g, teeb struktuur minuti jooksul ühe pöörde.
Valgustuseks oli loodud keeruline peeglite süsteem, mis kasutab valgusallikana Päikest. Sisemus on piisavalt suur loodusliku keskkonna loomiseks. Seest vaadatuna paistaks Stanfordi toroid kui pikk org, mille otsad kumerduvad üles ning kohtuvad pea kohal, moodustades tervikliku ringi.
Praegu on kosmosearhitektide üks põhilisi töövaldkondi Marsi ja Kuu kosmosebaaside kavandamine ja projekteerimine. Ameerika ühendab kosmosearhitektuuri temaatikaga tegelevaid uurimiskeskusi ja arhitektuuribüroosid American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) juures tegutsev Space Architecture Technical Committee (SATC). Meile lähim ja tuntuim kosmosearhitektuuri uurimisrühm on Barbara Imhofi juhitav Liquifer Systems Group Austrias.
RAHVUSVAHELINE KOSMOSEJAAM (ISS)
ISSi projekt sai alguse 1994. aastal ning esimene jaama moodul Zarja viidi orbiidile aastal 1998. Sellest ajast alates on kosmosejaamale liidetud USA süstikute ning Vene rakettide Proton ja Sojuz abil erinevaid mooduleid. Eelmise aasta juuli seisuga koosneb jaam kümnest survestatud moodulist ja integreeritud tugisõrestikstruktuurist. Voolu saadakse kuueteistkümne suure ja nelja väiksema päikesepaneeli abil. Kompleksi hoitakse orbiidil, mis on Maast 278 kuni 460 km kõrgusel.
