Побудова першої Місячної бази стане найбільшою проблемою, яку людство коли-небудь брало. Ми вже можемо міркувати про небезпеку, природну та техногенну, пов’язану з присутністю людини на місячній поверхні. У відповідь, ми вже маємо на увазі деякі структури проживання - від надувних споруд до підземних норів всередині старовинних отворів лави. Зараз саме час серйозно почати розробляти свою першу структуру середовища проживання, захищаючи нас від мікрометеоритів, підтримуючи наземний тиск та використовуючи матеріали, що видобуваються на місцях, де ми можемо…
У частині 1 цієї серії «Побудова бази місяця» ми розглянули деякі більш очевидні небезпеки, пов’язані зі створенням бази на іншій планеті. У частині 2 ми дослідили деякі сучасні концепції дизайну для першого пілотованого середовища проживання на Місяці. Конструкції варіювались від надувних конструкцій, середовищ існування, які можна було побудувати на орбіті Землі та пливти до місячної поверхні, до підстав, вилуплених із старовинних лавових труб під поверхнею. Всі концепції мають свої переваги, але основна функція повинна полягати у підтримці тиску повітря та зменшенні ризику катастрофічних пошкоджень у разі найгіршого стану. Третя частина серії стосується основної конструкції можливої місячної бази, яка оптимізує простір, максимально використовує місцеві видобуті матеріали та забезпечує захист від постійної загрози мікрометеоритів ...
"Побудова бази Місяця" заснована на дослідженнях Хейма Бенароя та Леонарда Бернольда ("Техніка місячних баз“)
Основними факторами, що впливають на структурні структури середовищ існування на Місяці, є:
- Одна шоста земна гравітація.
- Високий внутрішній тиск повітря (для підтримки атмосфери, що дихає людиною).
- Радіаційна екранування (від Сонця та інших космічних променів).
- Мікрометеоритове екранування.
- Жорсткий вплив вакууму на будівельні матеріали (тобто газифікація).
- Забруднення місячним пилом.
- Суворі градієнти температури.
Окрім вирішення цих питань, місячні структури повинні бути простими в обслуговуванні, недорогими, легкими у побудові та сумісними з іншими місячними середовищами існування / модулями / транспортними засобами. Для досягнення недорогого будівництва потрібно використовувати якомога більше місцевого матеріалу. Сировиною для недорогих конструкцій можуть бути багаті кількості реголіту, легко доступні на поверхні місяця.
Як виявляється, місячний реголіт має багато корисних властивостей для будівництва на Місяці. Для доповнення місячного бетону (як було введено раніше в Частина 2) основні будівельні конструкції можуть формуватися з литого реголіту. Литий реголіт був би дуже схожий на наземний литий базальт. Створений плавленням реголіту у формі і даючи йому змоги повільно охолонути, дозволив би утворитися кристалічній структурі, що призвело до отримання сильно стиснених і помірно розтягуючих будівельних компонентів. Високий вакуум на Місяці значно покращив процес виготовлення матеріалу. У нас також є досвід роботи на Землі щодо створення литого базальту, тому це не новий і неперевірений метод. Основні форми середовища існування можуть бути виготовлені з невеликою підготовкою сировини. Такі елементи, як балки, колони, плити, корпуси, аркові сегменти, блоки та циліндри, можна виготовити, кожен елемент має десятикратну міцність на стиск та розрив бетону.
Є багато переваг використання литого реголіту. Перш за все, він дуже жорсткий і стійкий до ерозії місячним пилом. Це може бути ідеальним матеріалом для прокладки майданчиків запуску місячних ракет і побудови сміттєвих щитів, що оточують десантні майданчики. Це також може зробити ідеальне екранування від мікрометеоритів та випромінювання.
Гаразд, зараз у нас є основні будівельні матеріали з місцевого матеріалу, що вимагають мінімальної підготовки. Не важко уявити, що процес виготовлення литого реголіту міг би бути автоматизованим. До того, як людина навіть ступила на Місяць, основну оболонку середовища проживання можна було створити, чекаючи окупації.
Але наскільки великим має бути середовище проживання? На це питання дуже важко відповісти, але підсумок полягає в тому, що якщо будь-яке місячне середовище буде зайняте протягом тривалого періоду, воно повинно бути комфортним. Насправді існують вказівки NASA, в яких зазначено, що для місій, довших чотирьох місяців, військові мінімум об'єм, необхідний кожній особі, повинен бути не менше 20м3 (від NASA Man Systems Integration
Стандарти, NASA STD3000, на випадок, коли вам було цікаво). Порівняйте потреби довгострокового проживання на Місяці з короткочасними місіями Близнюків у середині 1960-х (на фото). Житлова кількість на одного члена екіпажу в Близнюках становила затишний 0,57 м3… На щастя, ці ранні виїзди у космос були короткими. Незважаючи на правила NASA, рекомендований об'єм на одного члена екіпажу становить 120 м3, приблизно такий же, як і житлова площа на Міжнародній космічній станції. Подібний простір знадобиться всередині майбутніх місць існування на Місяці для добробуту екіпажу та успіху місії.
Виходячи з цих рекомендацій, дизайнери середовищ можуть працювати над тим, як найкраще створити цей життєвий обсяг. Очевидно, потрібно оптимізувати площу підлоги, висоту середовища та функціональність, плюс простір для обладнання, життєзабезпечення та зберігання. В базовому дизайні середовища проживання Ф. Руес, Дж. Шенцлін та Х. Бенароя з публікації «Структурна конструкція місячного середовища проживання”(Journal of Aerospace Engineering, 2006), розглядається напівкругла форма“ ангара ”(на фото).
Форма несучої арки є близьким союзником для інженерів-конструкторів, і дуги, як очікується, будуть головним компонентом для проектування середовища проживання, оскільки структурні напруги можуть бути рівномірно розподілені. Звичайно, архітектурні рішення, такі як стійкість основного матеріалу та кут нахилу, повинні бути прийняті при будівництві фундаментів середовища, але цей проект, як очікується, вирішить багато питань, пов'язаних з будівництвом місяця.
Найбільше навантаження на конструкцію «ангара» буде спричиняти внутрішній тиск, що діє назовні, а не від сили тяжіння, що діє вниз. Оскільки інтер'єр середовища існування повинен бути утримуваний під наземним тиском, градієнт тиску від внутрішнього до вакууму зовнішнього виглядає б сильним навантаженням на конструкцію. Ось тут арка ангара стає важливою, немає кутів, і тому жодні слабкі місця не можуть погіршити цілісність.
Розглянуто ще багато факторів, які включають деякі складні розрахунки напруги та напруги, але наведений вище опис дає смак того, що повинні врахувати інженери-конструктори. Побудувавши жорсткий ареал з литого реголіту, можна побудувати будівельні блоки для стійкої конструкції. Для додаткового захисту від сонячного випромінювання та мікрометеоритів ці арочні середовища існування можуть бути побудовані поруч, з'єднуючись між собою. Після того, як була побудована серія палат, зверху можна було покласти сипучий реголіт. Товщина литого реголіту також буде оптимізована, тому щільність виготовленого матеріалу може забезпечити додатковий захист. Можливо, великі плити литого реголіту могли бути шаруватими зверху.
Після побудови основних модулів середовища проживання може розпочатися компонування населеного пункту. Місячне «планування міста» буде ще одним складним завданням, і багато конфігурації модулів повинні бути розглянутими. Виділено п'ять основних конфігурацій модулів: лінійний, внутрішній двір, радіальний, розгалуження та кластер.
Однак інфраструктура майбутнього місячного поселення залежить від багатьох факторів і буде продовжена в наступному періоді.
- Побудова бази місяця: Частина 1 - виклики та небезпеки
- Побудова бази місяця: Частина 2 - Концепції середовища проживання
- Побудова бази Місяця: Частина 3 - Структурне проектування
- Побудова бази місяця: Частина 4 - Інфраструктура та транспорт
"Побудова базового Місяця" базується на дослідженнях Хейма Бенароя та Леонарда Бернольда ("Техніка місячних баз“)
Стаття, заснована на опублікованій роботі Хейма Бенароя та Леонарда Бернольда: "Техніка місячних баз"
