IZGRADNJA BAZE MJESECA: DIO 3 - STRUKTURNI DIZAJN

Send

Izgradnja prve Mjesečeve baze bit će najveći izazov na koji je čovječanstvo ikada krenulo. Već možemo nagađati o opasnostima, prirodnim i ljudskim, koje su povezane s ljudskom prisutnošću na mjesečevoj površini. Kao odgovor, već imamo na umu neke stanišne strukture - u rasponu od napuhavanja do podzemnih ukopa unutar drevnih otvora za lavu. Sada je vrijeme da ozbiljno započnemo s dizajniranjem prve strukture staništa, štiteći nas od mikrometeorita, održavanja zemaljskih pritisaka i korištenja lokalno miniranih materijala gdje možemo ...

U prvom dijelu ove serije „Izgradnja baze mjeseca“ pogledali smo neke od očitijih opasnosti povezanih s izgradnjom baze na drugom planetu. U drugom dijelu istražili smo neke od trenutnih koncepcija dizajna za prvo stanište na Mjesecu. Dizajni su se kretali od napuhavanja građevina, staništa koja su se mogla konstruirati u Zemljinoj orbiti i dopirati do mjesečeve površine, do baza izduženih iz drevnih cijevi lave ispod površine. Svi koncepti imaju svoje prednosti, ali glavna funkcija mora biti održavanje tlaka zraka i smanjenje rizika od katastrofalnih oštećenja u slučaju da se najgore dogodi. Treća serija ove serije bavi se osnovnim dizajnom moguće lunarne baze koja optimizira prostor, maksimalno koristi materijale koji se lokalno miniraju i pruža zaštitu od stalne prijetnje mikrometeorita ...

"Izgradnja baze Mjeseca" temelji se na istraživanju Hayma Benaroye i Leonharda Bernolda ("Inženjering lunarnih baza“)

Ključni čimbenici koji utječu na strukturalni dizajn staništa na Mjesecu su:

Jedna šesta zemaljska gravitacija.
Visok unutarnji tlak zraka (za održavanje atmosfere koja diše čovjeka).
Štit od zračenja (od Sunca i drugih kozmičkih zraka).
Zaštita od mikrometeorita.
Tvrdi efekt vakuuma na građevinske materijale (tj. Napuhavanje).
Zagađenje lunarnom prašinom.
Snažni gradijenti temperature.

Uz rješavanje ovih problema, mjesečeve strukture moraju biti jednostavne za održavanje, jeftine, jednostavne za konstrukciju i kompatibilne s drugim lunarnim staništima / modulima / vozilima. Da bi se postigla jeftina gradnja, mora se koristiti što više lokalnog materijala. Sirovina za jeftinu gradnju mogle bi biti obilne količine regolita lako dostupne na mjesečevoj površini.

Kao što se ispostavilo, lunarni regolit ima mnoga korisna svojstva za izgradnju na Mjesecu. Dopuniti lunarni beton (kako je ranije uvedeno u 2. dio), temeljni građevinski objekti mogu se oblikovati od lijevanog regolita. Lijevani regolit bio bi vrlo sličan zemaljskom lijevanom bazaltu. Stvoreno topljenjem regolita u kalupu i omogućavanjem njegovog sporog hlađenja omogućilo bi se kristalnoj strukturi da rezultira visokim tlačnim i umjereno zategnutim građevinskim komponentama. Visoki vakuum na Mjesecu uvelike bi poboljšao postupak izrade materijala. Ovdje na Zemlji također imamo iskustva u stvaranju bazaltnog lijeva, tako da ovo nije nova i neprovjerena metoda. Osnovni oblici staništa mogu se proizvesti uz malo pripreme sirovina. Elementi poput greda, stupova, ploča, školjki, lučnih segmenata, blokova i cilindara mogu se izraditi, a svaki element ima deset puta veću čvrstoću na pritisak i vlačnost betona.

Mnogo je prednosti upotrebe lijevanog regolita. Prvenstveno, vrlo je tvrd i otporan na erozije mjesečevom prašinom. To bi mogao biti idealan materijal za popločavanje mjesta za lansiranje raketa i izgradnju zaštitnih štitnika oko podmetača. Također bi mogao napraviti idealan štit protiv mikrometeorita i zračenja.

U redu, sada imamo osnovne građevinske potrepštine, od lokalnog materijala, za koje je potrebna minimalna priprema. Nije pretjerano zamisliti da bi se proces izrade lijevanog regolita mogao automatizirati. Prije nego što je čovjek čak zakoračio na Mjesec, mogla bi se stvoriti osnovna, staklena školjka pod pritiskom, koja čeka okupaciju.

Ali koliko bi stanište trebalo biti veliko? Na ovo je teško pitanje odgovoriti, ali posljedica je da će ako bilo koje mjesečevo stanište biti zauzeto na duži vremenski period, morat će biti ugodno. U stvari, postoje NASA-ine smjernice u kojima se navodi da za misije duže od četiri mjeseca minimum zapremina koju zahtijeva svaki pojedinac treba biti najmanje 20 m³ (od NASA Man Systems Integration
Standardi, NASA STD3000, u slučaju da se pitate). Usporedite potrebe dugoročnog boravka na Mjesecu s kratkoročnim misijama Blizanca sredinom 1960-ih (Na slici). Stambena zapremina po članu posade u Blizancima bila je ugodnih 0,57 m³... srećom ti su rani odlasci u svemir bili kratki. Unatoč NASA-inim propisima, preporučena zapremina po članu posade je 120m³, otprilike jednako kao i životni prostor Međunarodne svemirske stanice. Sličan prostor bit će potreban unutar budućih staništa na Mjesecu za dobrobit posade i uspjeh misije.

Iz tih smjernica dizajneri staništa mogu raditi na tome kako najbolje stvoriti ovaj živi volumen. Očito, potrebno je optimizirati prostor prostora, visinu staništa i funkcionalnost, plus potrebno je uzeti u obzir prostor za opremu, životnu podršku i skladištenje. U osnovnom dizajnu staništa F. Ruess, J. SchÃ Schnzlin i H. Benaroya iz publikacije pod naslovom „Strukturni dizajn lunarnog staništa"(Journal of Aerospace Engineering, 2006), smatra se polukružni oblik" hangara "(Na slici).

Oblik nosivog luka blizak je saveznik građevinskih inženjera, a očekuje se da će lukovi biti glavna komponenta za oblikovanje staništa jer se strukturni naponi mogu ravnomjerno rasporediti. Naravno, prilikom gradnje temelja staništa trebalo bi donijeti arhitektonske odluke poput stabilnosti temeljnog materijala i kuta nagiba, ali očekuje se da će ovaj dizajn riješiti mnoga pitanja povezana s lunarnom gradnjom.

Najveći naglasak na „hangar“ dizajnu doći će od unutarnjeg tlaka koji djeluje prema van, a ne od gravitacije koja djeluje prema dolje. Budući da se unutrašnjost staništa mora održavati pod zemaljskim pritiscima, gradijent tlaka od unutrašnjosti do vakuuma vanjštine će stvoriti veliko opterećenje na konstrukciji. Ovdje luk hangara postaje bitan, nema kutova i stoga niti slaba mjesta ne mogu narušiti integritet.

Razmatra se mnogo više faktora koji uključuju neke složene proračune stresa i naprezanja, ali gornji opis daje ukus o tome što građevinski inženjeri moraju uzeti u obzir. Izgradnjom krutog staništa iz lijevanog regolita mogu se graditi građevni blokovi za stabilnu konstrukciju. Radi dodatne zaštite od sunčevog zračenja i mikrometeorita, ta se lučna staništa mogu graditi jedna pored druge, međusobno se povezujući. Nakon što je sagrađen niz komora, na vrhu se može postaviti labavi regolit. Također će se optimizirati debljina lijevanog regolita, tako da gustoća izrađenog materijala može pružiti dodatnu zaštitu. Možda bi se velike ploče od lijevanog regolita mogle slojevito staviti na vrh.

Nakon što su izgrađeni osnovni moduli staništa, izgled naselja može započeti. Lunarno „planiranje grada“ bit će još jedan složeni zadatak i potrebno je uzeti u obzir mnoge konfiguracije modula. Istaknuto je pet glavnih konfiguracija modula: Linearna, Dvorišna, Radialna, Podružnica i Klaster.

Međutim, infrastruktura budućeg lunarnog naselja ovisi o mnogim čimbenicima i nastavit će se u sljedećem obroku.