KUUKANNAN RAKENTAMINEN: OSA 3 - RAKENNESUUNNITTELU

Send

Ensimmäisen Kuun tukikohdan rakentaminen on suurin haaste, jonka ihmiskunta on koskaan alkanut. Voimme jo spekuloida luonnollisista ja ihmisen aiheuttamista vaaroista, jotka liittyvät ihmisen läsnäoloon kuun pinnalla. Vastauksena meillä on jo mielessä joitain elinympäristörakenteita - puhallettavista rakenteista maanalaisiin uriin muinaisten laava-aukkojen sisällä. Nyt on aika aloittaa vakavasti ensimmäisen elinympäristörakenteemme suunnittelu, suojata meitä mikrometeoriiteilta, ylläpitää maanpäällisiä paineita ja käyttää paikallisesti louhittuja materiaaleja, missä voimme ...

Tämän ”Kuun tukikohdan rakentaminen” -sarjan osassa 1 tarkastelimme joitain ilmeisimmistä vaaroista, jotka liittyvät tukikohdan rakentamiseen toiselle planeetalle. Osassa 2 tutkimme joitain nykyisiä suunnittelukonsepteja ensimmäiselle miehitetylle elinympäristölle Kuussa. Suunnitelmat vaihtelivat puhallettavista rakenteista, luontotyypeistä, jotka voitiin rakentaa maan kiertoradalla ja kellua kuun pintaan, muinaisista laavaputkista, jotka pellon alla kovettiin. Kaikilla konsepteilla on etunsa, mutta ensisijaisen tehtävän on oltava ilmanpaineen ylläpitäminen ja katastrofaalisten vahinkojen riskin vähentäminen pahimmassa tapauksessa. Sarjan tämä kolmas erä käsittelee mahdollisen kuunpohjan perussuunnittelua, joka optimoi tilan, hyödyntää paikallisesti louhittuja materiaaleja parhaalla mahdollisella tavalla ja tarjoaa suojan mikrometeoriittien jatkuvalta uhkalta ...

”Kuun tukikohdan rakentaminen” perustuu Haym Benaroyan ja Leonhard Bernoldin tutkimukseen (“Kuukappaleiden suunnittelu“)

Tärkeimmät tekijät, jotka vaikuttavat elinympäristöjen rakenteelliseen suunnitteluun Kuulla, ovat:

Kuudesosa maanpäällisestä painovoimasta.
Korkea sisäinen ilmanpaine (ihmisen hengittävän ilmapiirin ylläpitämiseksi).
Säteilyn suojaus (auringolta ja muilta kosmisilta säteiltä).
Mikrometeoriittien suojaus.
Kovat tyhjiövaikutukset rakennusmateriaaleihin (ts. Kaasunpoisto).
Kuun pölykontaminaatio.
Vakavat lämpötilagradientit.

Näiden kysymysten käsittelemisen lisäksi kuurakenteiden on oltava helppo ylläpitää, edullisia, helppo rakentaa ja yhteensopivia muiden kuun elinympäristöjen / moduulien / ajoneuvojen kanssa. Halvan rakentamisen aikaansaamiseksi on käytettävä mahdollisimman paljon paikallista materiaalia. Edullisen rakentamisen raaka-aineena voisi olla runsaasti regolitimääriä, jotka ovat helposti saatavissa kuun pintaan.

Kuten käy ilmi, kuun regolitilla on monia hyödyllisiä ominaisuuksia rakentamiseen kuuhun. Kuun betonin täydentämiseksi (kuten aiemmin esiteltiin vuonna 2006) Osa 2), perusrakennerakenteet voidaan muodostaa valetusta regolitista. Valettu regoliitti olisi hyvin samanlainen kuin maanpäällinen valettu basaltti. Luotu sulattamalla regolithia muotissa ja antamalla sen jäähtyä hitaasti mahdollistaisi kiteisen rakenteen muodostumisen, johtaen erittäin puristuviin ja kohtalaisen vetoisiin rakennuskomponentteihin. Kuun korkea tyhjiö parantaisi huomattavasti materiaalin valmistusprosessia. Meillä on myös kokemusta täällä maan päällä valetun basaltin luomisesta, joten tämä ei ole uusi ja testaamaton menetelmä. Elinympäristön perusmuodot voitaisiin valmistaa vain vähän valmistamalla raaka-aineita. Elementit, kuten palkit, pylväät, laatat, kuoret, kaarisegmentit, lohkot ja sylinterit, voitiin valmistaa, jokaisella elementillä oli kymmenenkertainen betonin puristus- ja vetolujuus.

Valetun regoliitin käytöllä on monia etuja. Ensisijaisesti se on erittäin kova ja kestävä kuunpölyn aiheuttamalle eroosiolle. Se voisi olla ihanteellinen materiaali kuun rakettien laukaisupaikkojen tasoittamiseen ja roskien suojausten rakentamiseen ympäröivillä laskupaikoilla. Se voisi myös luoda ihanteellisen suojan mikrometeoriiteilta ja säteilyltä.

OK, meillä on nyt rakennustarvikkeita paikallisesta materiaalista, jotka vaativat vähimmäisvalmistelut. Ei ole liian vaikea kuvitella, että valetun regoliitin valmistusprosessi voitaisiin automatisoida. Ennen kuin ihminen jopa asettaisi jalkansa kuuhun, voitaisiin luoda peruspaineistettu elinympäristökuori, joka odottaa miehitystä.

Mutta kuinka suuren elinympäristön pitäisi olla? Tämä on erittäin vaikea kysymys, johon on vastattava, mutta lopputulos on, että jos jotakin kuun elinympäristöä käytetään pitkään, sen on oltava mukava. Itse asiassa NASA: n suuntaviivoissa todetaan, että yli neljä kuukautta kestävissä matkoissa minimi Jokaisen vaadittavan tilavuuden tulisi olla vähintään 20m³ (NASA Man Systems Integration -ohjelmasta
Standardit, NASA STD3000, jos ihmettelit). Vertaa pitkäaikaisen asumisen tarpeita Kuulla 1960-luvun puolivälin lyhytaikaisiin Gemini-operaatioihin (Kuvassa). Geminissä asuttava tilavuus miehistön jäsentä kohti oli viihtyisä 0,57m³… Onneksi nämä varhaiset avaruuteen kohdistuvat havainnot olivat lyhyitä. NASA: n määräyksistä huolimatta suositeltava tilavuus miehistön jäsentä kohti on 120m³, suunnilleen sama kuin kansainvälisen avaruusaseman asuintila. Vastaavaa tilaa tarvitaan tulevissa Kuukauden elinympäristöissä miehistön hyvinvoinnin ja operaation onnistumisen kannalta.

Näiden suuntaviivojen perusteella luontotyyppisuunnittelijat voivat selvittää, kuinka parhaiten luoda tämä elintila. On selvää, että lattiapinta, elinympäristön korkeus ja toiminnallisuus on optimoitava. Lisäksi on otettava huomioon välineet, elämän tukeminen ja varastointi tilaa varten. F. Ruessin, J. Schänzlinin ja H. Benaroyan perustavassa luontotyyppisuunnittelussa julkaisusta nimeltä “Kuu-elinympäristön rakennesuunnittelu”(Journal of Aerospace Engineering, 2006), puolipyöreää,” hangaarin ”muotoa pidetään (Kuvassa).

Kantavan kaarin muoto on läheinen liittolainen rakenneinsinööreille, ja kaarejen odotetaan olevan tärkeä komponentti luontotyyppisuunnittelussa, koska rakennejännitykset voivat jakautua tasaisesti. Tietysti arkkitehtoniset päätökset, kuten pohjamateriaalin vakaus ja kaltevuuskulma, olisi tehtävä, kun rakennetaan elinympäristöjen perustaa, mutta tämän suunnittelun odotetaan vastaavan monia kuunrakennukseen liittyviä kysymyksiä.

Suurin stressi “angaari” -mallissa tulee sisäisestä paineesta, joka vaikuttaa ulospäin, eikä alaspäin suuntautuvasta painovoimasta. Koska elinympäristön sisätilat on pidettävä maanpaineissa, painegradientti sisätiloista ulkopuolen tyhjiöön aiheuttaisi massiivisen rasituksen rakenteelle. Tässä yhteydessä angaarin kaari tulee välttämättömäksi, siinä ei ole kulmia, joten heikot kohdat eivät voi heikentää eheyttä.

Harkitaan monia muita tekijöitä, mukaan lukien joitakin monimutkaisia stressi- ja venymälaskelmia, mutta yllä oleva kuvaus antaa maun siitä, mitä rakennusinsinöörien on otettava huomioon. Rakentamalla jäykkä elinympäristö valetusta regolitista voidaan rakentaa rakennuspalikoita vakaaksi rakentamiseksi. Lisäsuojaa auringon säteilyltä ja mikrometeoriiteilta nämä kaarevat elinympäristöt voitaisiin rakentaa vierekkäin toisiinsa. Kun sarja kammioita on rakennettu, löysä regoliitti voitiin asettaa päälle. Valetun regoliitin paksuus myös optimoidaan, joten valmistetun materiaalin tiheys voi tarjota ylimääräisen suojan. Ehkä päälle voidaan kerrostaa suuret valetun regoliitin laatat.

Kun perustyyppimodulit on rakennettu, asutuksen ulkoasu voi alkaa. Kuun “kaupunkisuunnittelu” on toinen monimutkainen tehtävä, ja monia moduulimäärityksiä on harkittava. Viisi päämoduulin kokoonpanoa on korostettu: Lineaarinen, Piha, Radial, Haaroittuminen ja Cluster.

Tulevan kuukausikuukauden infrastruktuuri riippuu kuitenkin monista tekijöistä, ja sitä jatketaan seuraavassa erässä.