MĖNULIO BAZĖS STATYBA: 3 DALIS. KONSTRUKCIJŲ PROJEKTAVIMAS

Send

Pirmosios Mėnulio bazės statyba bus didžiausias žmonijos iššūkis, kurį ji kada nors priėmė. Jau dabar galime spėlioti apie natūralius ir žmogaus sukeltus pavojus, susijusius su žmogaus buvimu mėnulio paviršiuje. Atsakydami mes jau turime omenyje kai kurias buveinių struktūras - pradedant pripučiamais statiniais ir baigiant požeminėmis urvomis senovės lavos angose. Dabar atėjo laikas rimtai pradėti kurti savo pirmąją buveinių struktūrą, apsaugoti mus nuo mikrometeoritų, palaikyti sausumos spaudimą ir naudoti vietoje iškastas medžiagas, kur galime ...

Šios serijos „Mėnulio bazės statyba“ 1 dalyje mes apžvelgėme keletą akivaizdžių pavojų, susijusių su bazės statymu kitoje planetoje. 2 dalyje mes tyrėme kai kurias dabartines pirmojo pilotuojamo buveinės Mėnulyje projektavimo koncepcijas. Projektai svyravo nuo pripučiamų konstrukcijų, buveinių, kurios galėjo būti sukonstruotos Žemės orbitoje ir plūduriuojamos iki mėnulio paviršiaus, iki bazių, išgaubtų iš senovinių lavos vamzdžių po paviršiumi. Visos koncepcijos turi savo pranašumų, tačiau pagrindinė funkcija turi būti palaikyti oro slėgį ir sumažinti katastrofiškos žalos riziką, jei atsitiks blogiausia. Ši trečioji serijos dalis yra susijusi su pagrindiniu galimo mėnulio pagrindo dizainu, kuris optimizuoja erdvę, maksimaliai išnaudoja vietoje išgaunamas medžiagas ir suteikia apsaugą nuo nuolatinės mikrometeoritų grėsmės.

„Mėnulio bazės kūrimas“ yra paremtas Haimo Benaroya ir Leonhardo Bernoldo tyrimais („Mėnulio bazių inžinerija“)

Pagrindiniai veiksniai, darantys įtaką Mėnulio buveinių struktūriniam dizainui, yra šie:

Šeštoji žemės gravitacija.
Aukštas vidinis oro slėgis (norint išlaikyti žmogaus kvėpuojamą atmosferą).
Radiacinis ekranas (nuo saulės ir kitų kosminių spindulių).
Mikrometeoritų apsauga.
Stiprus vakuuminis poveikis statybinėms medžiagoms (t. Y. Išsiskyrimas dujomis).
Užteršimas mėnulio dulkėmis.
Griežti temperatūros pokyčiai.

Be šių klausimų, mėnulio struktūros turi būti lengvai prižiūrimos, nebrangios, lengvai statomos ir suderinamos su kitomis mėnulio buveinėmis / moduliais / transporto priemonėmis. Norint pasiekti nebrangią konstrukciją, reikia naudoti kuo daugiau vietinių medžiagų. Žaliava nebrangiai statybai gali būti gausus regolito kiekis, lengvai pasiekiamas mėnulio paviršiuje.

Kaip paaiškėja, mėnulio regolitas turi daug naudingų savybių statyboms Mėnulyje. Mėnulio betonui papildyti (kaip buvo pristatyta anksčiau 2 dalis), pagrindinės statybinės konstrukcijos gali būti suformuotos iš lietinio regolito. Lietinis regolitas būtų labai panašus į antžeminį lietinį bazaltą. Sukurtas lydant regolitą formoje ir leidžiant jam lėtai atvėsti, susidarytų kristalinė struktūra, todėl susidarytų labai suspaudžiami ir vidutiniškai įtempti statybiniai komponentai. Didelis vakuumas Mėnulyje labai pagerintų medžiagos gamybos procesą. Žemėje taip pat turime patirties, kaip sukurti liejamą bazaltą, todėl tai nėra naujas ir nepatikrintas metodas. Pagrindines buveinių formas būtų galima gaminti mažai paruošiant žaliavas. Gali būti gaminami tokie elementai kaip sijos, kolonos, plokštės, apvalkalai, arkos segmentai, blokai ir cilindrai. Kiekvienas elementas turi dešimt kartų didesnį betono gniuždomąjį ir tempiamąjį stiprį.

Liejamo regolito naudojimas turi daug privalumų. Visų pirma, jis yra labai kietas ir atsparus mėnulio dulkių erozijai. Tai galėtų būti ideali medžiaga Mėnulio raketų paleidimo vietoms nutiesti ir pastatyti šiukšlių skydus supančiomis nusileidimo trinkelėmis. Tai taip pat galėtų idealiai apsaugoti nuo mikrometeoritų ir radiacijos.

Gerai, kad dabar turime pagrindinių statybinių medžiagų iš vietinių medžiagų, kurioms reikalingas minimalus paruošimas. Nelabai sunku įsivaizduoti, kad liejamo regolito gamybos procesas gali būti automatizuotas. Prieš tai, kai žmogus net nekels kojos į Mėnulį, buvo galima sukurti pagrindinį, suslėgtą buveinių apvalkalą, laukiantį užsiėmimo.

Bet koks didelis turėtų būti buveinis? Tai labai sunkus klausimas, į kurį reikia atsakyti, tačiau baigėsi tuo, kad jei kuri nors mėnulio buveinė bus užimta ilgą laiką, ji turės būti patogi. Iš tikrųjų yra NASA gairės, kuriose teigiama, kad ilgesnėms nei keturių mėnesių misijoms: minimumas kiekvieno žmogaus reikalaujamas tūris turėtų būti ne mažesnis kaip 20 m³ (iš NASA žmogaus sistemų integracijos
Standartai, NASA STD3000, jei jums būtų įdomu). Palyginkite ilgalaikio gyvenimo Mėnulyje poreikius su trumpalaikėmis Dvynių misijomis septintojo dešimtmečio viduryje (nuotraukoje). Gyvenamasis tūris vienam įgulos nariui Dvyniuose buvo jaukus 0,57 m³... laimei, šie ankstyvieji žvalgymai į kosmosą buvo trumpi. Nepaisant NASA taisyklių, vienam ekipažo nariui rekomenduojamas dydis yra 120 metrų³, maždaug tiek pat, kiek gyvenama vieta Tarptautinėje kosminėje stotyje. Panaši erdvė bus reikalinga būsimų Mėnulio buveinių viduje, kad įgulos gerovė ir misija būtų sėkminga.

Remdamiesi šiomis rekomendacijomis, buveinių dizaineriai gali išsiaiškinti, kaip geriausiai sukurti šį gyvenamąjį tūrį. Akivaizdu, kad reikės optimizuoti grindų plotą, buveinių aukštį ir funkcionalumą, taip pat atsižvelgti į erdvę įrangai, gyvybės palaikymui ir saugojimui. Pagrindiniame buveinių dizaine sukūrė F. Ruess, J. Schänzlin ir H. Benaroya. iš leidinio pavadinimu „Mėnulio buveinės konstrukcinis dizainas“(Žurnalas„ Aerospace Engineering “, 2006), laikoma pusapvalė„ angaro “forma (nuotraukoje).

Nešančiosios arkos forma yra artimas sąjungininkas konstruktoriams, ir manoma, kad arkos bus pagrindinė buveinių projektavimo sudedamoji dalis, nes konstrukcijos įtempiai gali būti tolygiai pasiskirstę. Žinoma, statant buveinių pamatus, teks priimti tokius architektūrinius sprendimus kaip pagrindinės medžiagos stabilumas ir nuolydžio kampas, tačiau tikimasi, kad šis projektas padės išspręsti daugelį su mėnulio statyba susijusių klausimų.

Didžiausias „angaro“ konstrukcijos stresas bus dėl vidinio slėgio, veikiančio į išorę, o ne dėl gravitacijos, veikiančios žemyn. Kadangi buveinių vidų reikės laikyti esant sausumos slėgiui, slėgio gradientas nuo vidaus iki išorės vakuumo smarkiai įtemptų konstrukciją. Čia angaro arka tampa būtina, nėra kampų, todėl silpnos vietos negali sugadinti vientisumo.

Apsvarstyta daug daugiau veiksnių, įskaitant kai kuriuos sudėtingus įtempių ir deformacijų skaičiavimus, tačiau aukščiau pateiktas aprašymas suteikia galimybę sužinoti, ką turi atsižvelgti statybos inžinieriai. Pastačius tvirtą buveinę iš išlieto regolito, galima pastatyti stabilios konstrukcijos blokus. Norint papildomai apsaugoti nuo saulės spinduliuotės ir mikrometeoritų, šias arkines buveines būtų galima statyti viena šalia kitos. Pastačius kamerų seriją, ant viršaus būtų galima pakloti laisvą regolitą. Taip pat bus optimizuotas lietinio regolito storis, todėl pagamintos medžiagos tankis gali suteikti papildomos apsaugos. Galbūt ant viršaus būtų galima sluoksniuoti didelius lietinio regolito plokštes.

Sudarius pagrindinius buveinių modulius, gyvenvietės išdėstymas gali būti pradėtas. Mėnulio mėnulio „miesto planavimas“ bus dar viena sudėtinga užduotis, todėl reikia atsižvelgti į daugelį modulių konfigūracijų. Išryškintos penkios pagrindinių modulių konfigūracijos: Linijinė, Kiemo, Radialinė, Šakojantis ir Klasterinė.

Ateities mėnulio gyvenvietės infrastruktūra priklauso nuo daugelio veiksnių, tačiau ji bus tęsiama sekančia įmoka.