Construirea unei baze pe Lună: Partea 3 - Proiectare structurală

Construirea primei baze pe Lună va fi cea mai mare provocare pe care a intrat-o vreodată omenirea. Putem deja specula despre pericolele, naturale și provocate de om, asociate cu o prezență umană pe suprafața lunară. Drept răspuns, avem deja în minte câteva structuri de habitat - de la structuri gonflabile până la gropi subterane din incintele de lave antice. Acum este timpul să începem serios să proiectăm prima noastră structură de habitat, protejându-ne de micrometeorite, susținând presiunile terestre și folosind materiale minate local unde putem ...

În partea 1 a acestei serii „Construirea unei baze de lună”, am analizat unele dintre pericolele mai evidente asociate cu construirea unei baze pe o altă planetă. În partea a 2-a, am explorat câteva dintre conceptele de proiectare actuale pentru primul habitat echipat pe Lună. Proiectele variau de la structuri gonflabile, habitate care puteau fi construite pe orbita Pământului și plutite la suprafața lunară, până la baze scobite din tuburile de lavă antice de sub suprafață. Toate conceptele au avantajele lor, dar funcția principală trebuie să fie menținerea presiunii aerului și reducerea riscului de deteriorare catastrofală în cazul în care se întâmplă cel mai rău. Această a treia tranșă a seriei tratează designul de bază al unei posibile baze lunare care optimizează spațiul, folosește la maxim materialele minate local și oferă protecție împotriva amenințării constante a micrometeoritelor ...

„Construirea unei baze lunare” se bazează pe cercetările lui Haym Benaroya și Leonhard Bernold („Ingineria bazelor lunare“)

Factorii cheie care influențează proiectarea structurală a habitatelor de pe Lună sunt:

• O șasea gravitație terestră.
• Presiune internă ridicată a aerului (pentru a menține atmosfera respirabilă uman)
• Protecție împotriva radiațiilor (de la Soare și alte raze cosmice).
• Ecranizare micrometeorită.
• Efecte dure la vid asupra materialelor de construcție (adică gaze naturale).
• Contaminarea lunară cu praf.
• Gradienți de temperatură severă.

Pe lângă abordarea acestor probleme, structurile lunare trebuie să fie ușor de întreținut, ieftine, ușor de construit și compatibile cu alte habitate / module / vehicule lunare. Pentru a realiza o construcție ieftină, trebuie utilizat cât mai mult material local. Materia primă pentru construcția ieftină ar putea fi cantitățile abundente de regolit ușor accesibile pe suprafața lunară.

După cum se dovedește, regulitul lunar are multe proprietăți utile pentru construcția pe Lună. Pentru a completa betonul lunar (așa cum a fost introdus anterior în Partea 2), structurile de bază ale clădirilor pot fi formate din regulith. Regulitul cast ar fi foarte asemănător cu bazaltul turnat terestru. Creat prin topirea regulitului într-o matriță și lăsându-l să se răcească lent ar permite formarea unei structuri cristaline, ceea ce duce la componente de construcție extrem de compresive și ușor de tensionate. Vacumul ridicat de pe Lună ar îmbunătăți mult procesul de fabricație al materialului. De asemenea, avem experiență aici pe Pământ cu privire la modul de creare a bazaltului turnat, deci nu este o metodă nouă și testată. Formele de bază ale habitatului ar putea fi fabricate cu o mică pregătire a materiilor prime. Ar putea fi fabricate elemente precum grinzi, coloane, dale, scoici, segmente de arc, blocuri și cilindri, fiecare element având de zece ori rezistența la compresiune și la tracțiune a betonului.

Există multe avantaje în utilizarea regulitului turnat. În primul rând, este foarte dur și rezistent la eroziune prin praful lunar. Ar putea fi materialul ideal pentru asfaltarea site-urilor de lansare a rachetelor și construirea scuturilor de deșeuri care înconjoară plăcuțele de aterizare. De asemenea, ar putea face o protecție ideală împotriva micrometeoritelor și radiațiilor.

OK, acum avem materiale de construcție de bază, din material local, care necesită o pregătire minimă. Nu este prea greu de imaginat că procesul de fabricare a regulitului ar putea fi automatizat. Înainte de a pune omul pe pământ pe Lună, ar putea fi creată o coajă de bază, sub presiune, în așteptarea ocupației.

Dar cât de mare ar trebui să fie habitatul? Aceasta este o întrebare foarte grea la care trebuie să răspundeți, dar situația este că, dacă orice habitat lunar va fi ocupat pentru perioade lungi, va trebui să fie confortabil. De fapt, există linii directoare ale NASA care afirmă că, pentru misiuni mai lungi de patru luni, minim volumul necesar de fiecare individ trebuie să fie de cel puțin 20m³ (din NASA Man Systems Integration
Standarde, NASA STD3000, în caz că vă întrebați). Comparați nevoile de locuire pe termen lung pe Lună cu misiunile Gemeni pe termen scurt la mijlocul anilor 1960 (Fotografiată). Volumul locuibil pe membru de echipaj în Gemeni a fost de 0,57 m confortabil³... din fericire aceste incursiuni timpurii în spațiu au fost scurte. În ciuda reglementărilor NASA, volumul recomandat pe membru de echipaj este de 120 m³, aproximativ la fel ca spațiul de locuit din Stația Spațială Internațională. Va fi necesar un spațiu similar în viitoarele habitate de pe Lună pentru bunăstarea echipajului și succesul misiunii.

Din aceste orientări, designerii de habitat pot lucra la modul optim de a crea acest volum viu. Evident, spațiul de podea, înălțimea habitatului și funcționalitatea vor trebui să fie optimizate, plus spațiul pentru echipamente, suport pentru viață și depozitare va trebui luat în considerare. dintr-o publicație intitulată „Proiectarea structurală a unui habitat lunar”(Journal of Aerospace Engineering, 2006), este considerată o formă de„ hangar ”semicirculară (Fotografiată).

Forma unui arc portant este un aliat strâns pentru inginerii structurali, iar arcadele vor fi o componentă majoră pentru proiectarea habitatului, deoarece eforturile structurale pot fi distribuite uniform. Desigur, deciziile arhitecturale, cum ar fi stabilitatea materialului de bază și unghiul de pantă ar trebui să fie luate în timp ce construirea fundațiilor habitatului, dar acest proiect ar trebui să abordeze multe dintre problemele asociate construcției lunare.

Stresul cel mai mare pe designul „hangar” va veni de la presiunea internă care acționează spre exterior și nu de la gravitație care acționează în jos. Întrucât interiorul habitatului va trebui să fie menținut la presiuni terestre, gradientul de presiune de la interior la vidul exterior ar exercita o încordare masivă asupra construcției. Aici arcul hangarului devine esențial, nu există colțuri și, prin urmare, niciun punct slab nu poate degrada integritatea.

Sunt luați în considerare mulți factori, care implică unele calcule complexe de eforturi și eforturi, dar descrierea de mai sus oferă un gust în ceea ce privește inginerii structurali. Prin construirea unui habitat rigid din regulit, se pot construi blocuri pentru o construcție stabilă. Pentru o protecție suplimentară împotriva radiațiilor solare și a micrometeoritelor, aceste habitate arcuite ar putea fi construite una lângă alta, interconectându-se. Odată ce au fost construite o serie de camere, s-ar putea așeza un reglaj liber. Grosimea regulitului turnat va fi, de asemenea, optimizată, astfel încât densitatea materialului fabricat poate oferi o protecție suplimentară. Poate că ar putea fi stratificate mari plăci de regolith.

Odată construite modulele de bază de habitat, aspectul așezării poate începe. „Planificarea urbană” lunară va fi o altă sarcină complexă și trebuie luate în considerare multe configurații ale modulului. Cinci configurații principale ale modulului sunt evidențiate: Linear, Courtyard, Radial, Branching și Cluster.

Infrastructura viitoarei așezări lunare depinde însă de mulți factori și va fi continuată în următoarea tranșă.

• Construirea unei baze pe Lună: Partea 1 - Provocări și Pericole
• Construirea unei baze pe Lună: Partea a 2-a - Conceptele de habitat
• Construirea unei baze pe Lună: Partea 3 - Proiectare structurală
• Construirea unei baze lunare: Partea 4 - Infrastructură și transport

„Construirea unei luni de bază” se bazează pe cercetările lui Haym Benaroya și Leonhard Bernold („Ingineria bazelor lunare“)

Articol bazat pe lucrările publicate de Haym Benaroya și Leonhard Bernold: „Ingineria bazelor lunare”