Concevoir pour l’espace

Ce printemps, un nouveau cours du MIT a demandé aux étudiants de concevoir ce dont les humains pourraient avoir besoin pour travailler et habiter confortablement l’espace. L’heure de ces créations est arrivée. Alors que les missions Apollo de la NASA ont vu des astronautes atterrir sur la Lune, collecter des échantillons et rentrer chez eux, les missions prévues dans le cadre d’Artemis, le programme actuel d’exploration de la Lune de la NASA, incluent l’établissement de bases à long terme en orbite ainsi qu’à la surface de la Lune.

Le cours de conception interdisciplinaire MAS.S66/4.154/16.89 (Architectures spatiales) a été organisé en parallèle avec les départements d’architecture, d’aéronautique et d’astronautique (AeroAstro) et le groupe MIT Media Labs Space Exploration Initiatives. Trente-cinq étudiants de l’Institut se sont inscrits pour imaginer, concevoir, prototyper et tester ce qui pourrait être nécessaire pour soutenir l’habitation et les activités humaines sur la Lune.

La popularité des cours n’a pas surpris les instructeurs.

Beaucoup d’étudiants du MIT sont passionnés par l’espace, explique Jeffrey Hoffman, l’un des professeurs du cours et professeur de pratique à AeroAstro. Avant d’enseigner au MIT, Hoffman était astronaute de la NASA et a effectué cinq missions à bord de la navette spatiale. Il est certain qu’à AeroAstro, la moitié des étudiants souhaitent devenir astronautes un jour, ce n’est donc pas comme s’ils n’avaient jamais pensé à vivre dans l’espace auparavant. C’était l’occasion d’utiliser cette inspiration et de travailler sur un projet qui pourrait devenir un véritable projet de conception d’habitats lunaires.

L’histoire du MIT avec la NASA, et avec les missions Apollo en particulier, est bien documentée. Le premier contrat majeur de la NASA pour le programme Apollo a été attribué au MIT en 1961. Dava Newman, directeur du MIT Media Lab et ancien administrateur adjoint de la NASA, était également chargé de cours.

Préparer les étudiants à la prochaine phase de travail et de vie dans l’espace était l’objectif de ce cours. Outre les missions Artemis, l’essor des vols spatiaux commerciaux laisse présager la nécessité d’étudier ces conceptions.

Selon Nicholas de Monchaux, professeur et directeur du département d’architecture du MIT, le meilleur moyen de réussir est de trouver le juste équilibre entre recherche et pratique. De plus en plus de designers sont appelés à concevoir des environnements et des conditions extrêmes, notamment dans l’espace. Nous voyons là une opportunité importante pour la recherche, la collaboration et de nouvelles formes de pratique, notamment une collaboration continue avec le Media Lab et AeroAstro sur la conception d’environnements extrêmes.

Concevoir des habitats lunaires

Un aspect déterminant de ce cours est le mélange d’étudiants en architecture et en ingénierie. Chaque groupe a apporté des mentalités et des approches différentes aux questions et aux défis qui leur ont été posés. Des activités communes, des conférences d’invités et une semaine de visite du Johnson Space Center de la NASA à Houston, au Texas, du site de lancement de SpaceX à Brownsville, au Texas, et des installations d’impression 3D d’ICON pour la construction à Austin, au Texas, ont permis aux étudiants de se familiariser avec les équipes qui travaillent déjà dans ce domaine. Parmi leurs leçons, l’essentiel est de comprendre les environnements difficiles pour lesquels ils seront amenés à concevoir.

Hoffman n’édulcore pas ce qu’est la vie dans l’espace.

L’espace est l’un des environnements les plus hostiles que l’on puisse imaginer, dit-il. Vous êtes assis à l’intérieur d’un vaisseau spatial et vous regardez par la fenêtre, tout en réalisant que de l’autre côté de cette fenêtre, vous serez mort en quelques secondes.

Les étudiants ont été divisés en sept équipes pour développer leurs projets et la valeur de la collaboration est rapidement apparue. Les équipes ont commencé par une phase de conception où les visions des architectes, dont l’impulsion était de créer un habitat confortable et vivable, entraient parfois en conflit avec celles des ingénieurs, davantage centrés sur les réalités de l’environnement extrême.

Des modèles gonflables ont émergé dans plusieurs projets : une bibliothèque scientifique mobile gonflable modulaire pouvant accueillir jusqu’à quatre personnes ; un habitat gonflable qui peut être déployé en quelques minutes pour fournir un abri et une protection à court terme à un équipage sur la lune ; et un habitat in situ semi-permanent pour l’exploration spatiale en amont d’une base lunaire établie.

Trouver un langage commun

Les architectes et les ingénieurs ont tendance à aborder le processus de conception différemment, explique Annika Thomas, doctorante en génie mécanique et membre de l’équipe MoonBRICCS. Bien qu’il ait été difficile d’intégrer ces idées dès le début, nous avons trouvé au fil du temps des moyens de communiquer et de coordonner nos idées, réunies par une vision commune pour la fin du projet.

Les coéquipiers de Thomas, les étudiants en architecture Juan Daniel Hurtado Salazar et Mikita Klimenka, affirment que les considérations techniques en architecture sont souvent résolues vers le milieu et la fin d’un projet.

Cela nous donne trop d’espace pour reporter les implications de nos décisions de conception tout en nous laissant peu de temps pour les résoudre, explique Salazar. La perspicacité de nos ingénieurs a remis en question chaque décision de conception dès le départ avec les implications mécaniques, économiques et technologiques de la technologie spatiale et des régimes de matériaux actuels. Il a également fourni un espace fructueux pour discuter de manière coopérative du fait que les solutions les plus optimales sur le plan matériel et économique ne sont pas toujours les plus justifiées culturellement ou moralement, car l’émergence d’habitats à long terme apporte toute la gamme des capacités fonctionnelles, sociales et émotionnelles des astronautes. doit être au premier plan.

Selon Klimenka, la richesse des connaissances et de l’expérience de l’équipe nous a permis d’envisager de manière pertinente les réponses possibles pour produire un habitat viable à long terme. Bien que la gestion des contraintes d’ingénierie et de conception ait certainement nécessité des efforts supplémentaires, le processus de réflexion dans son ensemble a été extrêmement rafraîchissant, car nous nous sommes exposés à des ensembles de défis totalement différents que nous n’avons généralement pas à traiter dans nos domaines.

Kaicheng Zhuang, étudiant diplômé en architecture, qui a travaillé avec des ingénieurs sur le projet Lunar Sandbags, affirme que les compétences en communication étaient essentielles au succès de la collaboration de l’équipe.

Avec les ingénieurs, il est essentiel de se concentrer sur la faisabilité technique et la mise en œuvre pratique, en s’assurant que chaque élément de conception peut être réalisé de manière réaliste, explique Zhuang. Ils avaient besoin d’informations claires et précises sur l’intégrité structurelle, les propriétés des matériaux et la fonctionnalité. En revanche, au sein de notre équipe d’architecture, les discussions tournent souvent autour des aspects conceptuels et esthétiques, tels que l’impact visuel, la dynamique spatiale et l’expérience utilisateur.

Molly Johnson, étudiante diplômée d’AeroAstro et membre de l’équipe du projet lunaireNOMAD, est du même avis. Traditionnellement, pour un ingénieur système comme moi, il est facile de laisser de côté les petits détails de conception et de dire qu’ils seront traités sans entrer dans les détails de la manière dont ils seront traités. Les architectes ont apporté un nouveau niveau de détail qui a permis de clarifier nos intentions.

L’équipe derrière Momo : un habitat lunaire à auto-assemblage a créé un profil de mission pour leur conception. L’habitat semi-permanent in situ a été conçu pour l’exploration spatiale avant d’établir une base permanente sur la Lune. Le module est suffisamment flexible pour se plier presque à plat pour un transport facile. Leur projet a récemment été présenté dans DesignBoom.

Au-delà de la Terre

Les projets finaux ont montré les grandes différences entre les équipes, même si le nombre de moyens permettant de maintenir les gens en vie sur la surface lunaire est limité, explique Cody Paige, directeur des initiatives d’exploration spatiale et instructeur du cours. Les étudiants devaient réfléchir aux types de matériaux nécessaires, à la manière dont ils seraient transportés et assemblés, à la durée de fonctionnement de leurs structures et à l’expérience sociale ou humaine qui serait soutenue, entre autres préoccupations.

L’expérience pratique permettant de créer des modèles grandeur nature était particulièrement importante dans ce cours étant donné que l’IA devient une composante plus importante dans de nombreuses tâches et domaines de prise de décision, selon Paige.

Un ordinateur ne se traduit pas toujours exactement dans le monde réel, et demander aux étudiants de réaliser des prototypes leur montre qu’il y a beaucoup d’avantages à comprendre les matériaux avec lesquels vous travaillez, comment ils fonctionnent dans la vie réelle et les capacités tactiles que vous pouvez acquérir. en travaillant avec ces matériaux, explique Paige.

Aussi fantastiques que certains projets paraissent avec leur combinaison d’architecture, d’ingénierie et de design, ils pourraient très bien être viables bientôt, d’autant plus que de plus en plus d’architectes sont embauchés pour concevoir l’espace et que les étudiants comprennent le paysage et les besoins des environnements exigeants.

« Nous devons former nos étudiants pour qu’ils soient des pionniers à l’avant-garde de ce domaine », explique Skylar Tibbits, professeur au département d’architecture et l’un des instructeurs du cours. « Plus les astronautes resteront longtemps dans l’espace ou sur la Lune, plus nous devrons concevoir des habitats propices aux expériences humaines dans lesquels les gens voudront vivre longtemps. »

Le besoin d’architectes et d’ingénieurs compétents dans ce domaine spécifique est florissant. Thomas, l’étudiant ingénieur de l’équipe MoonBRICCS, travaille actuellement sur la robotique pour les applications spatiales. Son coéquipier Palak Patel est un doctorant en ingénierie qui travaille sur des matériaux pour environnements extrêmes pour des applications spatiales. Compte tenu de l’enthousiasme des étudiants et des besoins professionnels considérables du monde réel, les trois unités académiques envisagent de continuer à offrir ce cours à l’avenir.

Nous envisageons d’étendre cela à un programme pluriannuel de conception pour les environnements extrêmes dans l’espace et sur Terre et nous discutons activement de parrainages et de partenariats, explique de Monchaux.