GRADNJA BAZE LUNE: 3. DEL - KONSTRUKCIJSKA ZASNOVA

Send

Gradnja prve baze na Luni bo največji izziv, ki ga je človeštvo kdajkoli začelo. Že zdaj lahko ugibamo o nevarnostih, naravnih in človeških, povezanih s človeško prisotnostjo na lunini površini. V odgovor imamo že nekaj habitatnih struktur - od napihljivih struktur do podzemnih vkopov znotraj starodavnih odtokov lave. Zdaj je čas, da resno začnemo oblikovati svojo prvo habitatno strukturo, ki nas varuje pred mikrometeoriti, ohranjanjem zemeljskih pritiskov in uporabo lokalno miniranih materialov, kjer lahko ...

V prvem delu te serije "Gradnja baze lune" smo si ogledali nekatere bolj očitne nevarnosti, povezane z gradnjo baze na drugem planetu. V drugem delu smo raziskovali nekatere trenutne zasnove zasnove prvega človeškega habitata na Luni. Zasnove so segale od napihljivih struktur, habitatov, ki bi jih bilo mogoče zgraditi v zemeljski orbiti in priplavati na lunino površino, do podstavkov, ki so bili izpuščeni iz starodavnih lavnih cevi. Vsi koncepti imajo svoje prednosti, vendar mora biti glavna naloga vzdrževanje zračnega tlaka in zmanjšanje nevarnosti katastrofalnih poškodb, če se zgodi najhujše. Tretji del serije se ukvarja z osnovno zasnovo možne lunarne baze, ki optimizira prostor, maksimalno izkorišča lokalno minirane materiale in zagotavlja zaščito pred nenehno grožnjo mikrometeoritov…

"Gradnja baze lune" temelji na raziskavah Hayma Benaroya in Leonharda Bernolda ("Inženiring lunarnih podlag“)

Ključni dejavniki, ki vplivajo na strukturno zasnovo habitatov na Luni, so:

Ena šesta zemeljska gravitacija.
Visok notranji zračni tlak (za vzdrževanje človeka, ki diha).
Zaščita pred sevanjem (pred Soncem in drugimi kozmičnimi žarki).
Mikrometeoritna zaščita.
Trd vakuumski učinek na gradbene materiale (t.i. pliniranje).
Kontaminacija lunarnega prahu.
Močni temperaturni gradienti.

Poleg reševanja teh vprašanj morajo biti lunarne strukture enostavne za vzdrževanje, poceni, enostavne za gradnjo in združljive z drugimi lunarnimi habitati / moduli / vozili. Za dosego poceni gradnje je treba uporabiti čim več lokalnega materiala. Surovina za poceni gradnjo so lahko obilne količine regolita, ki so zlahka dostopne na lunini površini.

Kot kaže, ima lunin regolit številne uporabne lastnosti za gradnjo na Luni. Za dopolnitev lunarnega betona (kot je bilo predstavljeno prej v 2. del), osnovne gradbene konstrukcije so lahko oblikovane iz litega regolita. Cast regolith bi bil zelo podoben prizemnemu liti bazaltu. Ustvarjen s taljenjem regolita v kalupu in omogočanjem njegovega počasnega hlajenja bi omogočil oblikovanje kristalne strukture, kar ima za posledico zelo stisljive in zmerno natezne sestavne dele. Visok vakuum na Luni bi močno izboljšal postopek izdelave materiala. Tu na Zemlji imamo tudi izkušnje pri ustvarjanju litega bazalta, tako da to ni nova in nepreverjena metoda. Osnovne habitatne oblike je mogoče izdelati z malo priprave surovin. Lahko so izdelani elementi, kot so tramovi, stebri, plošče, lupine, ločni segmenti, bloki in valji, pri čemer ima vsak element desetkrat večjo tlačno in natezno trdnost betona.

Prednost litega regolita je veliko. V prvi vrsti je zelo žilav in odporen proti eroziji z lunarnim prahom. To bi bil idealen material za tlakovanje mest za izstrelek lunarne rakete in gradnjo naplavin, ki obdajajo pristajalne ploščice. Prav tako bi lahko naredil idealno zaščito pred mikrometeoriti in sevanjem.

V redu, zdaj imamo osnovne gradbene potrebščine iz lokalnega materiala, ki zahtevajo minimalno pripravo. Ni si težko predstavljati, da bi bil postopek izdelave litega regolita mogoče avtomatizirati. Pred človekovo celotno stopnjo na Luno je bilo mogoče ustvariti osnovno habitatno lupino, ki čaka na zasedbo.

Kako velik naj bo habitat? Na to vprašanje je težko odgovoriti, a rezultat je, da če bo kateri koli lunarni habitat dolgo zaseden, bo moral biti udoben. V resnici obstajajo NASA-ine smernice, ki navajajo, da je treba za misije, daljše od štirih mesecev najmanj prostornina, ki jo zahteva vsak posameznik, mora biti najmanj 20 m³ (iz Nasine Man Systems Integration
Standardi, NASA STD3000, v primeru, da ste se spraševali). Primerjajte potrebe po dolgotrajnem bivanju na Luni s kratkoročnimi misijami Dvojčkov sredi šestdesetih let prejšnjega stoletja (na sliki). Bivalna prostornina na člana posadke v Dvojčkih je bila prijetnih 0,57 m³… Na srečo so bili ti zgodnji odmiki v vesolje kratki. Kljub NASA predpisom je priporočena prostornina na člana posadke 120 m³, približno enako kot življenjski prostor na Mednarodni vesoljski postaji. Podoben prostor bo potreben v prihodnjih habitatih na Luni za dobro počutje posadke in uspeh misije.

Iz teh smernic lahko oblikovalci habitatov delajo na tem, kako najbolje ustvariti ta življenjski volumen. Očitno bo treba optimizirati talni prostor, višino habitata in funkcionalnost, poleg tega pa je treba upoštevati še prostor za opremo, življenjsko podporo in skladiščenje. V osnovni zasnovi habitata F. Ruess, J. SchÃ¤nzlin in H. Benaroya iz publikacije z naslovom „Strukturna zasnova lunarnega habitata"(Journal of Aerospace Engineering, 2006), šteje polkrožna oblika" hangar "(na sliki).

Oblika nosilnega loka je tesni zaveznik gradbenih inženirjev, loki pa naj bi bili pomemben sestavni del zasnove habitata, saj so lahko strukturne napetosti enakomerno razporejene. Seveda bi bilo treba pri gradnji temeljev habitata sprejeti arhitekturne odločitve, kot sta stabilnost osnovnega materiala in naklon kota, vendar naj bi ta zasnova obravnavala številna vprašanja, povezana z lunarno gradnjo.

Največji stres pri "hangar" zasnovi bo notranji tlak, ki deluje navzven, in ne gravitacija, ki deluje navzdol. Ker bo treba notranjost habitata vzdrževati pri zemeljskih tlakih, bo gradient tlaka od notranjosti do vakuuma zunanjosti močno obremenil konstrukcijo. Tu postane lok hangarja bistven, ni vogalov in zato nobena šibka mesta ne morejo poslabšati celovitosti.

Upošteva se veliko več dejavnikov, ki vključujejo nekatere zapletene izračune napetosti in napetosti, vendar zgornji opis daje okus, kaj morajo upoštevati gradbeni inženirji. Z gradnjo togega habitata iz litega regolita lahko zgradimo gradnike stabilne konstrukcije. Za dodatno zaščito pred sončnim sevanjem in mikrometeoriti bi lahko te obokane habitate zgradili drug ob drugem in jih medsebojno povezali. Ko je zgrajena vrsta komorov, bi lahko na vrhu postavili ohlapen regolit. Optimizirana bo tudi debelina litega regolita, tako da lahko gostota izdelanega materiala nudi dodatno zaščito. Morda bi bile na vrhu lahko naložene velike plošče iz litega regolita.

Ko so izdelani osnovni habitatni moduli, se lahko začne postavitev naselja. Lunarno „načrtovanje mest“ bo še ena zapletena naloga, zato je treba upoštevati številne konfiguracije modulov. Poudarjenih je pet glavnih konfiguracij modula: Linear, Dvorišče, Radial, Podružnica in Grozd.

Infrastruktura prihodnje lunarne naselbine pa je odvisna od številnih dejavnikov in se bo nadaljevala v naslednjem obroku.