STAVBA MĚSíČNí ZáKLADNY: ČáST 3 - KONSTRUKČNí NáVRH

Send

Vybudování první základny Měsíce bude největší výzvou, jakou se lidstvo kdy pustilo. Již nyní můžeme spekulovat o nebezpečích, přírodních a umělých, spojených s lidskou přítomností na povrchu Měsíce. V reakci na to již máme na mysli některé struktury stanovišť - od nafukovacích struktur po podzemní nory uvnitř prastarých lávových otvorů. Nyní je na čase začít vážně navrhovat naši první strukturu stanoviště, chránit nás před mikrometeority, udržovat suchozemské tlaky a používat místně těžené materiály, kde můžeme…

V části 1 této série „Budování základny měsíce“ jsme se podívali na některá zjevnější rizika spojená s budováním základny na jiné planetě. V části 2 jsme prozkoumali některé ze současných návrhových konceptů pro první stanoviště s posádkou na Měsíci. Konstrukce se pohybovaly od nafukovacích struktur, stanovišť, které bylo možné postavit na oběžné dráze Země a vznášely se na lunárním povrchu, až po základny vyhloubené ze starých lávových trubic pod povrchem. Všechny koncepce mají své výhody, ale primární funkcí musí být udržování tlaku vzduchu a snížení rizika katastrofického poškození, pokud by se to nejhorší stalo. Tato třetí část série se zabývá základním návrhem možné lunární základny, která optimalizuje prostor, maximálně využívá místně těžené materiály a poskytuje ochranu před neustálým ohrožením mikrometeoritů…

„Budování měsíční základny“ vychází z výzkumu Hayma Benaroyi a Leonharda Bernolda („Konstrukce lunárních základen“)

Klíčovými faktory ovlivňujícími strukturální návrhy stanovišť na Měsíci jsou:

Šestá zemská gravitace.
Vysoký vnitřní tlak vzduchu (k udržení prodyšné atmosféry).
Ochrana před zářením (před sluncem a jinými kosmickými paprsky).
Stínění mikrometeoritů.
Účinky tvrdého vakua na stavební materiály (tj. Ven plynování).
Měsíční znečištění prachem.
Těžké teplotní gradienty.

Kromě řešení těchto problémů musí být lunární struktury snadno udržovatelné, levné, snadno konstruovatelné a kompatibilní s jinými lunárními stanovišti / moduly / vozidly. K dosažení levné konstrukce je třeba použít co nejvíce místních materiálů. Surovinou pro levnou konstrukci by mohlo být velké množství regolitu snadno přístupného na lunárním povrchu.

Jak se ukazuje, lunární regolit má mnoho užitečných vlastností pro stavbu na Měsíci. Doplnit lunární beton (jak bylo představeno dříve v roce 2007) Část 2), základní stavební konstrukce mohou být vytvořeny z litého regolitu. Obsazení regolitu by bylo velmi podobné terénnímu obsazení čediče. Vytvořeno roztavením regolitu ve formě a umožněním jeho pomalého ochlazování by umožnilo tvořit krystalickou strukturu, což by mělo za následek vysoce stlačitelné a mírně tahové stavební komponenty. Vysoké vakuum na Měsíci by výrazně zlepšilo výrobní proces materiálu. Máme zde také zkušenosti s tím, jak vytvořit odlitý čedič, takže to není nová a netestovaná metoda. Základní tvary stanovišť lze vyrobit s malou přípravou surovin. Mohly být vyrobeny prvky jako nosníky, sloupy, desky, skořepiny, obloukové segmenty, bloky a válce, přičemž každý prvek měl desetinásobek pevnosti betonu v tlaku a tahu.

Použití litého regolitu má mnoho výhod. Především je velmi odolný a odolný proti erozi lunárním prachem. Mohlo by to být ideálním materiálem pro dláždění lunárních raketových startovacích stanovišť a konstrukci štítů na trosky obklopující přistávací plošiny. Mohlo by také vytvořit ideální stínění proti mikrometeoritům a záření.

Dobře, nyní máme základní stavební potřeby z místního materiálu, vyžadující minimální přípravu. Není příliš těžké si představit, že proces výroby obsazení regolitu by mohl být automatizován. Před tím, než se člověk na Měsíc postavil, mohla se vytvořit základní, natlakovaná stanoviště prostředí, která čekala na okupaci.

Jak velký by však měl být biotop? To je velmi těžká otázka, na kterou je třeba odpovědět, ale výsledkem je, že pokud bude nějaký měsíční stanoviště obsazeno po dlouhou dobu, bude to pohodlné. Ve skutečnosti existují pokyny NASA, které uvádějí, že pro mise delší než čtyři měsíce platí minimální objem požadovaný každým jednotlivcem by měl být alespoň 20 metrů³ (od NASA Man Systems Integration
Standardy, NASA STD3000, pro případ, že by vás to zajímalo). Porovnejte potřeby dlouhodobého bydlení na Měsíci s krátkodobými misemi Gemini v polovině šedesátých let (na obrázku). Obyvatelný objem na člena posádky v Blížencích byl příjemných 0,57 m³… Naštěstí byly tyto časné nájezdy do vesmíru krátké. Navzdory předpisům NASA je doporučený objem na člena posádky 120 metrů³, přibližně stejný jako obytný prostor na Mezinárodní vesmírné stanici. Podobný prostor bude vyžadován v budoucích stanovištích na Měsíci pro blaho posádky a úspěch mise.

Na základě těchto pokynů mohou návrháři stanovišť pracovat na tom, jak nejlépe vytvořit tento živý objem. Je zřejmé, že bude nutné optimalizovat podlahovou plochu, výšku stanoviště a jeho funkčnost, a navíc je třeba zohlednit i prostor pro vybavení, podporu života a skladování. z publikace s názvem „Strukturální návrh lunárního stanoviště“(Journal of Aerospace Engineering, 2006), je uvažován polokruhový tvar„ hangáru “(na obrázku).

Tvar nosného oblouku je blízkým spojencem pro strukturální inženýry a očekává se, že oblouky budou hlavním prvkem pro navrhování stanovišť, protože strukturální napětí lze rovnoměrně rozložit. Při budování základů stanoviště by samozřejmě muselo být učiněno architektonické rozhodnutí, jako je stabilita podkladového materiálu a úhel sklonu, ale očekává se, že tento návrh se bude zabývat mnoha otázkami spojenými s výstavbou měsíce.

Největší důraz na design „hangáru“ bude mít vnitřní tlak působící směrem ven, a nikoli gravitace působící směrem dolů. Vzhledem k tomu, že vnitřek stanoviště bude muset být udržován při suchozemských tlacích, tlakový gradient z vnitřku do vakua zevnějšku by vyvíjel masivní tlak na konstrukci. To je místo, kde se oblouk hangáru stává nezbytným, nejsou tam žádné rohy, a proto žádná slabá místa nemohou narušit integritu.

Uvažuje se s mnoha dalšími faktory, které zahrnují některé složité výpočty napětí a deformace, ale výše uvedený popis dává chuť tomu, co strukturální inženýři musí vzít v úvahu. Vybudováním tuhého stanoviště z litého regolitu lze stavět stavební bloky pro stabilní stavbu. Pro větší ochranu před slunečním zářením a mikrometeority by mohla být tato klenutá stanoviště postavena vedle sebe a vzájemně propojena. Jakmile byla postavena řada komor, mohl být na vrchol položen volný regolit. Tloušťka litého regolitu bude také optimalizována, takže hustota vyrobeného materiálu může poskytnout zvláštní ochranu. Nahoře by mohly být vrstveny velké desky odlitého regolitu.

Jakmile jsou vytvořeny základní moduly stanovišť, může být zahájeno rozložení osídlení. Lunární „městské plánování“ bude dalším složitým úkolem a je třeba zvážit mnoho konfigurací modulů. Je zvýrazněno pět hlavních konfigurací modulu: lineární, nádvoří, radiální, větvení a klastr.

Infrastruktura budoucího měsíčního vypořádání však závisí na mnoha faktorech a bude pokračovat v další splátce.