La necesidad de contar con hábitats extraterrestres, dada la perseguida búsqueda de la colonización de otros mundos -tanto en el ámbito novelístico de ciencia ficción, como de manera real- bajo la jurisdicción de aquellos organismos oficiales, de diferentes países pertinentes, nace de la motivación innata en los seres humanos de “traspasar fronteras” o alcanzar metas elevadas. Dicho estado, lleva implícito la búsqueda de avance científico, tecnológico y sociocultural con todo lo que conlleva en materia aeroespacial y sanitaria, entre otras, por medio del estudio y de la “puesta en marcha” de nuestras capacidades, es decir, de nuestra búsqueda de avance y desarrollo. Así, pese a contar con la posibilidad de enviar exclusivamente robots a planetas lejanos, pudo expresarse sobre este aspecto Stephen Hawking (1942-2018), según quien, “las misiones con robots son mucho más baratas…, pero no logran atrapar la imaginación de la gente del mismo modo, y tampoco son capaces de extender la especie humana hacia el espacio, algo que debería ser nuestra estrategia a largo plazo. Si queremos sobrevivir durante otro millón de años, tendremos que ir donde nadie ha ido nunca aún. La vida en la Tierra está cada vez más amenazada por peligros y desastres como el calentamiento global, las armas nucleares, virus modificados genéticamente…. Creo que el único futuro del ser humano pasa por viajar al espacio” (1). De este modo, si llega a hacerse realidad el asentamiento humano en otros mundos o colonización, no se deberían olvidar las lecciones aprendidas en materia de vivienda y, a este respecto, Alvar Aalto apuntaba en su texto sobre “El problema de la vivienda” que, “Cada individuo representa una reserva de energía… Lo que hoy investigamos se puede resumir en lo siguiente: ¿Qué requisitos mínimos hay que establecer en la vivienda, en su construcción y en su consumo interno, para que cumpla las plenas exigencias de una sociedad positiva?” (2), reflexiones que ayudaron a plantear el diseño de una posible futura vivienda espacial pensada específicamente para albergar vida humana en nuestro satélite, la Luna (Figura 1).

Inicios. Hasta el momento, se puede señalar, a modo de primer hábitat extraterrestre, al módulo lunar “Eagle” -del Apolo 11-, que aterrizó en la Luna , al sur del Mar de la Tranquilidad (Mare Tranquillitatis) el 20 de julio de 1969, donde permanecerían Neil A. Armstrong y Edwin E. Aldrin Jr. durante 21 horas y 36 minutos. Allí trabajaron, se alimentaron y conciliaron 7 horas de sueño, entre otras actividades. A partir de ese momento, las misiones se fueron alargando, en cuanto a tiempo de duración se refiere, hasta llegar a las 75 horas de permanencia en la superficie lunar. La última misión Apolo -A.17 (1972)-, por ejemplo, duró poco más de 3 días, período durante el cual, tanto el comandante de la misión, Eugene A. Cernan, como el piloto del módulo lunar y geólogo, Harrison H. Schmitt -primer y único científico en pisar la Luna-, se convertían entonces en los humanos con mayor tiempo de permanencia en un hábitat emplazado en un cuerpo extraterrestre (3).

Como aportación de la arquitectura en este nuevo campo que se abría, en cuanto a la preparación de misiones espaciales, cabe destacar, la aportación de la arquitecta Galina Balashova, que sería la primera en formar parte en estos equipos interdisciplinares, encargados de resolver la habitabilidad de estos recintos. Siendo esta arquitecta, la responsable del diseño del interior tanto de los vehículos espaciales, como de las estaciónones orbitales, en el marco del inicio del programa espacial soviético, por medio de la distribución de los espacios destinados a los cosmonautas, teniendo en cuenta además, los colores, las formas y los materiales a emplear para hacer más humanos estos espacios. Diseñó el interior de la nave espacial Soyuz, y el de las estaciones espaciales Saliut y Mir, y fue la asesora para el programa Buran; su trabajo lo desempeñó desde 1957 a 1991 (Meuser, 2015), por lo que debería considerarse la precursora de la Arquitectura Planetaria (cosmo-arquitectura, continuando con la tradición rusa de anteponer con el término “cosmo”, a las acepciones relacionadas con el espacio).

Actualmente, una vez se ha superado con creces la permanencia continuada en una estación orbital, la humanidad se encuentra en la encrucijada de poder llegar a Marte y, como paso previo, se requiere el regreso a la Luna, junto al asentamiento en esta, sobre una base que permita dar el paso al planeta rojo; así lo tienen marcado las diferentes agencias espaciales, como la NASA. De hecho, esta última agencia, se encuentra -desde hace años- trabajando en su próxima misión al satélite, denominada ARTEMISA (5).

El proyecto FOCARIS, que aquí se analiza, es la propuesta finalista española planteada para Moon Society’s First Moon Base Design Contest 2021 (6), siendo la MOON SOCIETY una comunidad de investigadores, organizaciones y compañías, concebida desde el compromiso de un asentamiento permanente en la Luna y su futura evolución. Con ese fin, promueve diferentes iniciativas a través de la creación de sinergias interdisciplinares e internacionales, con objetivo de fomentar el interés por la exploración, investigación y desarrollo de la humanidad hacia nuestro satélite (7).

Partiendo de la cara exterior del hábitat, existe una envolvente a modo de cápsula, que sirve como protección al mismo.

En base a la definición de cápsula del lat. capsüla, dim. de capsa “caja” y que, según la RAE, se refiere a la “envoltura soluble en la que se suministran ciertos medicamentos” e incluso, el “conjunto de la cápsula y el medicamento en ella incluido”, entre otras acepciones (8), es este concepto del que partimos para llevar a cabo nuestro último proyecto de hábitat lunar al que denominamos FOCARIS. Se trata de un recinto para la protección de los astronautas en un medio diferente al terrestre, con una envolvente la cual, además de resistente frente a los impactos exteriores asumibles y a la presión interior, se plantea como fácilmente construible; ligera en comparación con otras soluciones, e integrada en el entorno extraterrestre. Cuenta, a su vez, con la posibilidad de ser eliminada de una manera sencilla con el fin de generar soluciones de hábitats inmersas en el grupo de las construcciones itinerantes (fácilmente reutilizables, con menor trabajo de desmontaje y casi nula carga de residuos), que las constituidas como pesadas o fijas casi a perpetuidad. Se plantea como la envoltura soluble del medicamento que, una vez cumplida su misión como oniscídeos (oniscidea) -protegiendo aquello que alberga en su interior-, se disipa sin mayor daño o rastro. De este modo, se busca respetar lo máximo posible el cuerpo celeste por explorar, sin alterarlo de forma abrupta.

En este caso, se trata de un cuerpo exterior arquitectónico que cuenta con cinco elementos fundamentales:

Semicúpulas. Con apertura del tipo acordeón, se encuentran compuestas por una estructura funcionalmente equiparable a los alambres que conforman ciertos elementos decorativos tales como los farolillos de papel, actuando como costillas sobre las que se acopla la envolvente a modo de manta o capa plegable protectora (Figura 2). Una vez desplegadas, se inyecta en su interior el “regolito” basáltico, que le dará las funciones de aislamiento frente a la radiación, y consistencia frente a microimpactos, como se detallará más adelante. Estos elementos hacen función de caparazones a modo de exoesqueletos plegables sobre sí mismos con el movimiento propio de un acordeón, facilitando dicho plegado, similares a los presentes en los crustáceos isópodos terrestres conocidos como oniscídeos (Oniscidea) o, vulgarmente denominados, bichos bola (Figura 3).

Estructura principal. El hábitat se genera desde un hexágono regular de ocho metros de lado -donde se ubican los seis arcos torales existentes-, dando apoyo a las cinco semicúpulas esféricas y al arranque del conducto de acceso y salida del hábitat; cierra el espacio central con la configuración de una bóveda de arista sexpartita donde su clave, a la vez, descansa y es arriostrada por un pilar central (Figura 4). Este refuerzo central, es necesario, al tener que someter al sistema estructural a las acciones propias de la gravedad (peso propio del sistema, junto a cargas permanentes tanto del “regolito” -del casco exterior-, como del agua de la membrana térmica interior, y sobrecargas de uso y mantenimiento, junto a las acciones contrarias producidas por la gran diferencia de presión entre el interior y el exterior del hábitat). Esta última consideración, apenas relevante en las construcciones sobre la Tierra, -salvo en instalaciones especializadas, sometidas a sobrepresión- han sido consideradas en este proyecto, en función de su posible ubicación, según se tratase de la Luna, -con una presión atmosférica inexistente, o tenue-, o de Marte -con una media de presión de 600 Pa, existente en dicho planeta, frente a la presión de 101300 Pa necesarios al interior del hábitat, simulando la presión terrestre- (Figuras 5 y 6).

En la zona donde se cruzan los cañones, se vacía su plementería formando un óculo -con función de lucernario-, igualmente poligonal, de seis trapecios isósceles curvos.

Lucernario central. Gran óculo con dimensiones de rosetón, de tracería recta, que se proyecta como lucernario hexagonal de 3 metros de lado, apoyado y arriostrado en su centro, al pilar central, y quasi plano en vez de semiesférico el cual, no solo disminuye considerablemente los esfuerzos transmitidos a la base del hábitat, sino que es capaz de generar una sensación de mayor amplitud espacial hacia el exterior siendo capaz igualmente, de dotar, al interior del conjunto proyectado, protección frente a la radiación e iluminación artificial a falta de luz exterior, y de reproducir, a su vez, los ciclos circadianos como apoyo a la actividad humana que, al interior del hábitat, podría establecerse en consonancia con los parámetros y horarios terrestres. De esta manera, conseguimos obtener un recinto diáfano, iluminado y conectado visualmente al espacio circundante, por medio de un gran óculo de vidrio de cuarzo (resistente a la radiación), multicapa, al igual que el ya instalado en el mirador llamado Cupola, del módulo Tranquility de la Estación Espacial Internacional (10). Se contempla, igualmente, la posibilidad de sustituir o intercalar capas de plástico acrílico, más resistente incluso, que el vidrio, y menos pesado que este; sustitución ya experimentada, en las ventanas del módulo de la misión Orión desde el 2014 (11), a través del que se consigue compartir vistas estelares, aportando condición de ligereza a la ya existente. Dicha búsqueda de continuidad entre exterior e interior, genera mayor integración en el entorno y así, un menor impacto ambiental (Figura 7).

Malla exterior. Como protección de la envolvente superior del hábitat, frente a posibles impactos de micrometeoritos y pequeños cuerpos celestes en suspensión, así como para facilitar la generación de una jaula de Faraday, que pueda proteger a los habitantes del recinto frente a las radiaciones electromagnéticas ionizantes, entre otras. Dicha malla, se compone de estructuras tubulares unidas entre sí a modo de capa horadada (Figura 8), construidas con fibras de carbono de alta resistencia, gran conductividad eléctrica y baja conductividad térmica; se generan por medio de la tecnología de impresión 3d, rellenándose, una vez ubicadas en el lugar correspondiente, de destino, de “regolito” basáltico. De esta manera, se consigue aligerar peso y a su vez, introducir plasticidad en este elemento constructivo, de modo que pueda amoldarse al diseño exterior del propio hábitat.

Se trata del enlace de estructuras hexagonales similares a aquellas que, por medio de sus átomos de carbono, conforman la estructura química del grafito -como el utilizado para la confección de la mina de los lápices-, confiriendo una similitud entre los esquemas internos de este, con el aspecto de la malla exterior diseñada para el hábitat lunar.

En cuanto a la similitud con el esquema interno del grafito, investigadores del laboratorio de Geofísica de la Institución Carnegie (EEUU), detectaron carbono en su forma de grafito -siendo esta una de las formas alotrópicas en las que puede presentarse el primero-, en el satélite, que parece se encuentra en el mismo desde el “cataclismo lunar”, o período de considerable bombardeo de asteroides y otros entes, sobre aquel, que tuvo lugar hace entre 4,1 y 3,8 millones de años aproximadamente. De hecho, se ha encontrado grafito en una forma de “largas y delgadas estructuras enrolladas, conocidas como “bigotes de grafito”, que se forma en reacciones a muy altas temperaturas (entre 1000 y 3600 °C), que se inician tras un impacto” (12). De esta forma, se genera un esquema a base de la unión plástica de formas ya integradas en el mismo entorno lunar que, aún no visibles, se encuentran -de igual modo- siguiendo formas curvas en algunos constituyentes geológicos del satélite, de modo que se susciten sinergias, en busca de un escenario armónico que, aún en grado subyacente, integre y reconozca al hábitat.

De igual modo, se basa en la geometría del Paleodictyon (13), con el fin de reproducir una estructura en sintonía con la estructura compuesta por malla de hexágonos registrada geológicamente durante las primeras etapas del desarrollo de la Tierra, entre el Precámbrico y el Cámbrico inferior hasta el Eoceno, como guiño a un posible inicio de colonización y así, comienzo de una nueva vida en otro cuerpo celeste (Figura 9).

Base estructural. Plataforma sobre la que descansa el resto del hábitat, que sirve como apoyo y así, cimentación sobre la que recaen las cargas, y a su vez, como zona de almacenaje de víveres e instrumental, además de ser zona de paso de instalaciones.

En el diseño del proyecto se ha utilizado la modelización paramétrica, mediante la metodología BIM (Building Information Modeling), lo que permite simulaciones digitales, previa consideración de unos requisitos de partida, integrados en un programa de necesidades estudiado con anterioridad. Se coordina, así, toda la información pertinente a un proyecto de arquitectura, pudiéndose facilitar datos fidedignos de las cantidades de recursos necesarios para la construcción del hábitat aquí descrito. De cada uno de los elementos que conforman el proyecto, se obtienen sus características dimensionales (longitudes, superficies y volúmenes) y, según los materiales empleados, se presentan las masas de cada uno de ellos. De este modo, se obtiene la masa total de los elementos transportados desde la Tierra (Tabla 1), los elementos que son secciones del propio vehículo espacial (Tabla 2) y los elementos de relleno que mejorarán la resistencia y protección ante la radiación, así como el acondicionamiento térmico del hábitat.

El grupo de estos materiales añadidos al interior de los componentes manufacturados en la Tierra, se divide en: el “regolito”, de procedencia basáltica indígena -a extraer de la Luna o Marte (Tabla 3)- y el agua líquida empleada como acondicionador térmico del hábitat (Tabla 4) y empleada, a su vez, como reservorio, dada la previsión para su consumo. Las densidades que se toman para calcular la masa de cada uno de los elementos, se plantean como hipótesis de partida, puesto que se trata de un proyecto en fase experimental. Las variables utilizadas serán: fibra de carbono (ρ = 1’75 g cm^-³), kevlar (ρ = 1’44 g cm^-³), aleación de titanio Ti-6Al-4V (Grado 5) (ρ = 4’43 g cm^-³), vidrio de cuarzo (ρ = 2’20 g cm^-³), vidrio “borosilicatado” (ρ = 2’23 g cm^-³) y plástico acrílico (ρ = 1’19 g cm^-³). Teniendo en cuenta una densidad media de “regolito” basáltico de 0,82 gcm^-³ (15), a emplear como relleno de los compartimentos de los cascos exteriores del hábitat, puede obtenerse una estimación fiable de su masa, y pesos en los diferentes cuerpos celestes. En una segunda fase, sería conveniente la experimentación práctica de estos materiales prescritos, en modelos a escala, que pudieran ser testeados bajo las supuestas acciones de partida.

La densidad empleada en el cálculo de cantidades de la carga útil del almacenaje de los contenedores, a utilizar como base del hábitat, se desprende de los datos calculados previamente como programa de necesidades en la preparación de una misión espacial para 16 personas durante 365 días (Tabla 5). Para estos cálculos, se han utilizado las fórmulas y los requerimientos diseñados para misiones de la NASA, extraídos de la bibliografía existente (16), y se ha extrapolado de un anterior proyecto, FALLAMARS, proyectado bajo la hipótesis de 4 personas durante 365 días (17).

El desafío, en cuanto al uso de materiales autóctonos para la construcción del hábitat lunar, radica en la búsqueda de recursos extraterrestres disponibles en el satélite, además del porcentaje contabilizado para los terrestres, en busca de la máxima integración y eficiencia.

Partiendo de la anterior premisa, establecemos cuatro parámetros para la composición de la envolvente del hábitat:

En consonancia con la construcción del hábitat, por medio de partes de la propia nave y material prefabricado ligero, fácil de montar (Figura 12), debe proyectarse una envolvente de protección para las estancias interiores que, en este caso, se compone de:

Aislamiento térmico: para conservar la temperatura interior del hábitat, y mantener a los astronautas cómodos en sus zonas de desarrollo de actividad, propia del ser humano, habiendo seleccionado materiales propicios, con las características requeridas para tal necesidad. Se emplean aislamientos del tipo multicapa, ya experimentados y usados en la industria aeroespacial, como los recogidos en el trabajo redactado por Finckenor, MM y Doolling, D. en su Multilayer Insulation Material Guidelines (24), y posteriores. La innovación que aquí se plantea se detalla en los elementos constructivos mostrados más adelante.

Domos plisados: (Figuras 2 y 3) con el funcionamiento del tipo farolillos de papel plegables -contando con varios anclajes periféricos para efectuar un cierre hermético-, ocuparían el espacio mínimo dentro del cohete, abriéndose una vez en el exterior. A lo anteriormente apuntado, se añade la ventaja de un menor peso a soportar por el vehículo dada la composición del material con lámina plástica multicapa de películas de “poliimida” del tipo, manta térmica reflectante aluminizada con partículas de oro, plata, aluminio, germanio, óxido de indio, y estaño, utilizada tanto en la construcción (aislamientos reflexivos), como en las situaciones de emergencia frente a accidentes. Del mismo modo, dichos materiales se encuentran en uso -incluso desde los inicios de las misiones espaciales-, por la industria aeroespacial y, a su vez, alguno de ellos -como las partículas de oro-, son utilizados en algunos EPI (equipo de protección individual) destinados a determinados profesionales, tales como los bomberos, a fin de combatir determinadas condiciones ambientales adversas, durante diferentes incidentes de proximidad. Respecto a esto último, se disponen cascos preparados -por medio de una envoltura aluminizada multicapa, y un visor o pantalla facial cubierta de oro- para combatir los altos niveles de calor radiante, conductivo y convectivo, emitidos durante los incendios. De igual modo, dependiendo de los requisitos técnicos necesarios y, en función de la disposición de dichos acabados -hacia el interior o exterior del hábitat-, sirven como aislantes frente a las bajas temperaturas hacia uno de sus lados, y como reflector de radiación térmica, hacia el otro (25 y 26).

Al mismo tiempo, deben mantener estables las tensiones estructurales creadas por la atmósfera de presión que habría que alcanzar al interior del hábitat, en consonancia con la terrestre. Además, reducirían el tiempo de construcción, aumentarían la durabilidad, y mitigarán los efectos de los ciclos de hielo/deshielo, la abrasión, y los impactos de choque en el hábitat, dada su función de cubiertas retráctiles con costillas metálicas resistentes y sustentantes, para dicha estructura.

“Regolito” lunar: por medio de unas pocas micras de basalto (27), tanto al interior de la doble capa que conforma los domos perimetrales, como el resto de envolvente multicapa, se consigue relleno admisible frente a la radiación, con acabado a base de “poliimidas” y metales, tal y como se ha indicado en el apartado anterior. Contarán pues, las mismas estructuras mencionadas, con alta resistencia a cambios de temperatura, como los ya soportados en el Programa Apolo, los cuales oscilaban entre los 121 °C -aproximados-, y los -204 °C -aproximados-, además de crearse un mecanismo eficaz contra la radiación térmica (28). De este modo, se logra la protección del espacio cubierto y así, de quienes lo alberguen, frente a las fuentes naturales de radiación existentes en el espacio y sus efectos nocivos siendo esta, una de las cuestiones fundamentales a tratar en referencia a la supervivencia del ser humano en otros cuerpos celestes, e incluso en órbita.

Todos los contenedores flexibles, y las piezas metálicas de la envolvente del hábitat, están diseñados con diámetros y curvas de radio similares a los posibles cohetes utilizados para la misión, como el BFR Starship/super heavy, de SpaceX (29), u otros similares, al igual que ocurre con las cajas del tipo contenedor descritas en el apartado anterior. Esto permite reutilizar materiales fácilmente, y reducir costos, estandarizando las formas (Figuras 13 y 14).

Por otro lado, la cubierta estructural superior del edificio, con su forma hexagonal de luz, proporciona un refugio y protege a sus inquilinos de posibles contingencias e inclemencias externas. Además, sirve como punto de referencia para los astronautas que deben alejarse del hábitat durante las horas de exploración.

Las nuevas tecnologías, junto con un diseño más desarrollado, se han integrado de acuerdo con una nueva era en un entorno donde todavía hay mucho más por explorar.

Descripción de las fases constructivas (Figura 15), de los elementos esenciales del proyecto de hábitat.

Tras el replanteo de la ocupación en planta de los contenedores y, la preparación del terreno -corte, extracción y explanación, teniendo en cuenta previamente el estudio geotécnico-, se adoptan los anclajes del tipo tirantes (Figura 5); estos últimos, transmiten los esfuerzos de tracción al terreno y, arriostran el hábitat, soportando, sobre todo, las acciones de la presión interna del mismo, que producen la separación con el terreno. Una vez realizados estos trabajos previos, se puede dar comienzo al montaje del hábitat:

Llegado este punto, se dispone de un espacio completamente habitable en el que, únicamente, quedaría terminar de instalar los equipos redundantes o Sistema de Soporte Vital y Control de Ambiente (ECLSS, del inglés Environmental Control and Life Support System), como los utilizados en las misiones espaciales, en general, o en la Estación Espacial Internacional, en particular.

En caso de emergencia, como puede darse frente a un estado de despresurización, atmósfera saturada o contaminada, incendio, o cualquier fallo del sistema que ponga en peligro la vida de la tripulación, se han planificado los siguientes procedimientos:

En ambas opciones, hay puntos de acceso planificados con sistema de detección de puertas abiertas/cerradas con el fin de evitar la despresurización en áreas vitales para la supervivencia de la tripulación.

Por otro lado, la malla estructural sobre la construcción, con sus formas hexagonales iluminadas, se distingue de otros cuerpos, mostrándose fácilmente visible desde larga distancia, en el exterior, como soporte para la exploración fuera del hábitat.

Se presenta un modelo de hábitat de construcción mecánica, persiguiendo acotar su coste, teniendo en cuenta que debe ser construido en el entorno lunar -por humanos equipados con trajes bastante incómodos-, que abarca siete puntos principales sobre los que se plantea la idea de proyecto, a observar:

En el proyecto analizado, se han tenido en cuenta múltiples variables actualmente conocidas, para el desarrollo formal de un proyecto de hábitat de las características buscadas. Ahora bien, debe tenerse en consideración una cantidad considerable de disciplinas necesarias para llevarlo a cabo. Así pues, se ha expuesto su análisis desde el punto de vista constructivo y geológico, al ser patente la necesidad de conocer y aprovechar los recursos de los que podrían valerse sus moradores, en paralelo a los estándares de seguridad para su uso, a la hora de alzar el mismo.

Según los resultados obtenidos, en cuanto a cantidades de volúmenes y masas, se puede concluir que el proyecto FOCARIS, una vez construido y preparado para ser habitado, tendrá una masa total de 490’273 toneladas. Su envolvente, además de tener las funciones como tal, aguantará la presión interior necesaria y será transportable en un único vehículo espacial. De este modo, se ha considerado el -actualmente- futuro sistema de lanzamiento y nave espacial, totalmente reutilizable, denominado BFR Starship/super heavy, de SpaceX (32), el cual es capaz de transportar una carga de dimensiones de 8 metros de diámetro y 22 metros de longitud, con una masa de carga útil de 150 toneladas. Los elementos constructivos proyectados, parten de medidas radiales de 4 metros y, el hexágono generador, cuenta con 8 metros de lado. La carga útil necesaria para la construcción (Tabla 1), suma un total de 149’596 toneladas (< 150’000 toneladas), sin contar con las 85´711 toneladas de secciones reutilizadas, del vehículo espacial (Tabla 2).