СТРОИТЕЛЬСТВО ЛУННОЙ БАЗЫ: ЧАСТЬ 3 - СТРУКТУРНЫЙ ДИЗАЙН

Send

Строительство первой базы Луны будет самой большой проблемой, которую человечество когда-либо предпринимало. Мы уже можем рассуждать об опасностях, естественных и техногенных, связанных с присутствием человека на лунной поверхности. В ответ мы уже имеем в виду некоторые структуры среды обитания - от надувных сооружений до подземных норов внутри древних лавовых каналов. Теперь пришло время серьезно заняться проектированием нашей первой структуры среды обитания, защищая нас от микрометеоритов, поддерживая земное давление и используя материалы местного производства, где мы можем ...

В первой части этой серии «Построение базы на Луне» мы рассмотрели некоторые из наиболее очевидных опасностей, связанных со строительством базы на другой планете. Во второй части мы рассмотрели некоторые из существующих концепций дизайна для первой обитаемой среды обитания на Луне. Проекты варьировались от надувных сооружений, сред обитания, которые могли быть построены на околоземной орбите и плавающих на поверхность Луны, до оснований, выдолбленных из древних лавовых труб под поверхностью. Все концепции имеют свои преимущества, но основная функция должна заключаться в поддержании давления воздуха и снижении риска катастрофического повреждения в случае худшего. Этот третий выпуск серии посвящен базовой конструкции возможной лунной базы, которая оптимизирует пространство, максимально использует материалы местного производства и обеспечивает защиту от постоянной угрозы микрометеоритов ...

«Создание базы Луны» основано на исследованиях Хайма Бенароя и Леонарда Бернольда («Инженерия лунных баз“)

Ключевыми факторами, влияющими на структурный дизайн мест обитания на Луне, являются:

Одна шестая земная гравитация.
Высокое внутреннее давление воздуха (для поддержания воздухопроницаемой атмосферы).
Радиационная защита (от Солнца и других космических лучей).
Микрометеоритное экранирование.
Воздействие сильного вакуума на строительные материалы (то есть на газообразование).
Загрязнение лунной пылью.
Сильные температурные градиенты.

В дополнение к решению этих проблем, лунные структуры должны быть простыми в обслуживании, недорогими, простыми в строительстве и совместимыми с другими лунными средами обитания / модулями / транспортными средствами. Для достижения недорогого строительства необходимо использовать как можно больше местного материала. Сырьем для недорогого строительства могут быть обильные количества реголита, легко доступные на лунной поверхности.

Как оказалось, лунный реголит обладает многими полезными свойствами для строительства на Луне. Для дополнения лунного бетона (как было введено ранее в Часть 2), основные строительные конструкции могут быть сформированы из литого реголита. Литой реголит будет очень похож на земной литой базальт. Созданный путем плавления реголита в кристаллизаторе и позволяя ему медленно остывать, образуется кристаллическая структура, в результате чего образуются строительные компоненты с высокой степенью сжатия и средней прочности на растяжение. Высокий вакуум на Луне значительно улучшит процесс изготовления материала. Здесь, на Земле, у нас также есть опыт создания литого базальта, так что это не новый и не проверенный метод. Основные формы среды обитания могут быть изготовлены с минимальной подготовкой сырья. Могут быть изготовлены такие элементы, как балки, колонны, плиты, оболочки, арочные сегменты, блоки и цилиндры, причем каждый элемент имеет прочность бетона на сжатие и растяжение в десять раз.

Есть много преимуществ использования литого реголита. Прежде всего, он очень прочный и устойчив к эрозии лунной пылью. Это может быть идеальным материалом для прокладки лунных ракетных площадок и строительства мусорных щитов вокруг посадочных площадок. Это может также сделать идеальное экранирование от микрометеоритов и радиации.

Хорошо, теперь у нас есть основные строительные материалы из местных материалов, требующие минимальной подготовки. Нетрудно представить, что процесс изготовления литого реголита может быть автоматизирован. Еще до того, как человек ступит на Луну, можно создать основную, находящуюся под давлением оболочку среды обитания, ожидающую оккупации.

Но насколько большой должна быть среда обитания? На этот вопрос очень сложно ответить, но в результате получается, что если какая-либо лунная среда обитания будет занята в течение длительного времени, она должна быть удобной. На самом деле есть руководящие принципы НАСА, в которых говорится, что для миссий продолжительностью более четырех месяцев минимальный объем, необходимый каждому человеку, должен быть не менее 20 м³ (от НАСА Man System Integration
Стандарты NASA STD3000, на случай, если вам интересно). Сравните потребности длительного проживания на Луне с краткосрочными миссиями Близнецов в середине 1960-х годов (Изображенный). Жилой объем на члена экипажа в Близнецах был уютным 0,57 м³... к счастью, эти ранние вылазки в космос были короткими. Несмотря на правила НАСА, рекомендуемый объем на члена экипажа составляет 120 м³примерно столько же, сколько жизненное пространство на Международной космической станции. Подобное пространство потребуется в будущих местах обитания на Луне для благополучия экипажа и успеха миссии.

Из этих руководящих принципов дизайнеры среды обитания могут работать над тем, как лучше всего создать этот живой объем. Очевидно, что площадь, высота и функциональность среды обитания должны быть оптимизированы, а также необходимо учитывать пространство для оборудования, средств жизнеобеспечения и хранения. из публикации под названием «Структурное проектирование лунной среды обитания”(Journal of Aerospace Engineering, 2006), рассматривается полукруглая форма« ангар »(Изображенный).

Форма несущей арки является близким союзником для инженеров-строителей, и ожидается, что арки станут основным компонентом при проектировании среды обитания, поскольку структурные напряжения могут быть равномерно распределены. Конечно, архитектурные решения, такие как стабильность основного материала и угол наклона, должны приниматься при строительстве фундамента среды обитания, но ожидается, что этот проект решит многие из проблем, связанных со строительством Луны.

Наибольшее напряжение в конструкции «ангара» будет исходить от внутреннего давления, действующего наружу, а не от силы тяжести, действующей вниз. Поскольку внутреннее пространство среды обитания необходимо будет удерживать при земном давлении, градиент давления от внутреннего к внешнему вакууму будет создавать огромную нагрузку на конструкцию. Это где арка ангара становится необходимой, нет никаких углов, и поэтому никакие слабые места не могут нарушить целостность.

Рассматривается еще много факторов, включая некоторые сложные расчеты напряжений и деформаций, но приведенное выше описание дает представление о том, что должны учитывать инженеры-строители. Строя жесткую среду обитания из литого реголита, можно построить строительные блоки для стабильной конструкции. Для дополнительной защиты от солнечной радиации и микрометеоритов, эти арочные среды обитания могут быть построены бок о бок, соединяя друг с другом. После того, как будет построено несколько камер, сверху можно будет положить рыхлый реголит. Толщина литого реголита также будет оптимизирована, чтобы плотность изготовленного материала могла обеспечить дополнительную защиту. Возможно большие плиты литого реголита могли быть наслоены сверху.

Как только основные модули среды обитания построены, можно начать планировку населенного пункта. Лунное «городское планирование» будет еще одной сложной задачей, и необходимо учитывать множество конфигураций модулей. Выделены пять основных конфигураций модуля: линейный, внутренний, радиальный, разветвленный и кластерный.

Однако инфраструктура будущего лунного поселения зависит от многих факторов и будет продолжена в следующем выпуске.