ΔΗΜΙΟΥΡΓΊΑ ΒΆΣΗΣ ΣΕΛΉΝΗΣ: ΜΈΡΟΣ 3 - ΔΙΑΡΘΡΩΤΙΚΌΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΌΣ

Send

Η οικοδόμηση της πρώτης βάσης της Σελήνης θα είναι η μεγαλύτερη πρόκληση που ανέλαβε ποτέ η ανθρωπότητα. Μπορούμε ήδη να κάνουμε εικασίες για τους κινδύνους, φυσικούς και ανθρωπογενείς, που σχετίζονται με την ανθρώπινη παρουσία στην σεληνιακή επιφάνεια. Σε απάντηση, έχουμε ήδη στο μυαλό μας κάποιες δομές ενδιαιτημάτων - που κυμαίνονται από φουσκωτές δομές έως υπόγεια λαγούμια μέσα σε αρχαία ανοίγματα λάβα. Τώρα είναι καιρός να αρχίσουμε σοβαρά να σχεδιάζουμε την πρώτη μας δομή οικοτόπων, να μας προστατεύει από μικρομετεωρίτες, να διατηρούμε επίγειες πιέσεις και να χρησιμοποιούμε υλικά που εξορύσσονται τοπικά όπου μπορούμε…

Στο Μέρος 1 αυτής της σειράς "Building a Moon Base", εξετάσαμε μερικούς από τους πιο προφανείς κινδύνους που σχετίζονται με την κατασκευή βάσης σε άλλο πλανήτη. Στο Μέρος 2, διερευνήσαμε μερικές από τις τρέχουσες σχεδιαστικές ιδέες για τον πρώτο επανδρωμένο βιότοπο στη Σελήνη. Τα σχέδια κυμαίνονταν από φουσκωτές κατασκευές, βιότοπους που θα μπορούσαν να κατασκευαστούν σε τροχιά της Γης και να επιπλέουν στην σεληνιακή επιφάνεια, έως βάσεις κούφιες από αρχαίους σωλήνες λάβας κάτω από την επιφάνεια. Όλες οι έννοιες έχουν τα πλεονεκτήματά τους, αλλά η πρωταρχική λειτουργία πρέπει να είναι η διατήρηση της πίεσης του αέρα και η μείωση του κινδύνου καταστροφικών ζημιών σε περίπτωση που το χειρότερο συμβεί. Αυτή η τρίτη δόση της σειράς ασχολείται με τον βασικό σχεδιασμό μιας πιθανής σεληνιακής βάσης που βελτιστοποιεί τον χώρο, κάνει τη μέγιστη χρήση των τοπικά εξορυκτικών υλικών και παρέχει προστασία από τη συνεχή απειλή των μικρομετεωριτών…

Το "Building a Moon Base" βασίζεται σε έρευνα των Haym Benaroya και Leonhard Bernold ("Μηχανική σεληνιακών βάσεων“)

Οι βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν τα δομικά σχέδια των οικοτόπων στη Σελήνη είναι:

Ένα έκτο επίγεια βαρύτητα.
Υψηλή εσωτερική πίεση αέρα (για τη διατήρηση της ατμόσφαιρας που αναπνέει από τον άνθρωπο).
Θωράκιση ακτινοβολίας (από τον Ήλιο και άλλες κοσμικές ακτίνες).
Θωράκιση μικρομετεωριτών.
Σκληρά εφέ κενού στα οικοδομικά υλικά (δηλ. Έξω αέριο).
Σεληνιακή μόλυνση σκόνης.
Σοβαρές βαθμίδες θερμοκρασίας.

Εκτός από την αντιμετώπιση αυτών των ζητημάτων, οι σεληνιακές δομές πρέπει να είναι εύκολες στη συντήρηση, φθηνές, εύκολες στην κατασκευή και συμβατές με άλλους σεληνιακούς οικότοπους / μονάδες / οχήματα. Για να επιτευχθεί φθηνή κατασκευή, πρέπει να χρησιμοποιείται όσο το δυνατόν περισσότερο τοπικό υλικό. Η πρώτη ύλη για φθηνή κατασκευή θα μπορούσε να είναι οι άφθονες ποσότητες regolith εύκολα προσβάσιμες στην σεληνιακή επιφάνεια.

Όπως αποδεικνύεται, ο σεληνιακός regolith έχει πολλές χρήσιμες ιδιότητες για κατασκευή στη Σελήνη. Για να συμπληρώσει το σεληνιακό σκυρόδεμα (όπως παρουσιάστηκε νωρίτερα στο Μέρος 2ο), οι βασικές οικοδομικές κατασκευές μπορούν να σχηματιστούν από χυτοσίδηρο. Το cast regolith θα μοιάζει πολύ με το επίγειο βασάλτη. Δημιουργήθηκε με τήξη regolith σε ένα καλούπι και αφήνοντάς το να κρυώσει αργά θα επέτρεπε να σχηματιστεί μια κρυσταλλική δομή, με αποτέλεσμα πολύ συμπιεστικά και μέτρια εφελκυστικά δομικά στοιχεία. Το υψηλό κενό στη Σελήνη θα βελτιώσει σημαντικά τη διαδικασία κατασκευής του υλικού. Έχουμε επίσης εμπειρία εδώ στη Γη για το πώς να δημιουργήσουμε χυτά βασάλτη, οπότε αυτή δεν είναι μια νέα και μη δοκιμασμένη μέθοδος. Τα βασικά σχήματα ενδιαιτημάτων θα μπορούσαν να κατασκευαστούν με λίγη προετοιμασία των πρώτων υλών. Στοιχεία όπως δοκοί, στήλες, πλάκες, κελύφη, τμήματα αψίδων, μπλοκ και κύλινδροι θα μπορούσαν να κατασκευαστούν, με κάθε στοιχείο να έχει δέκα φορές τη δύναμη συμπίεσης και εφελκυσμού του σκυροδέματος.

Υπάρχουν πολλά πλεονεκτήματα στη χρήση του cast regolith. Κατά κύριο λόγο, είναι πολύ σκληρό και ανθεκτικό στη διάβρωση από τη σεληνιακή σκόνη. Θα μπορούσε να είναι το ιδανικό υλικό για να ανοίξει τοποθεσίες σεληνιακού πυραύλου και να κατασκευάσει ασπίδες θραυσμάτων που περιβάλλουν τα μαξιλάρια προσγείωσης. Θα μπορούσε επίσης να κάνει την ιδανική θωράκιση έναντι μικρομετεωριτών και ακτινοβολίας.

Εντάξει, τώρα έχουμε βασικές προμήθειες κτιρίων, από τοπικό υλικό, που απαιτούν ελάχιστη προετοιμασία. Δεν είναι πολύ δύσκολο να φανταστεί κανείς ότι η διαδικασία κατασκευής του regolith cast θα μπορούσε να αυτοματοποιηθεί. Πριν από τον άνθρωπο, ακόμη και να περπατήσει στο φεγγάρι, θα μπορούσε να δημιουργηθεί ένα βασικό κέλυφος οικοτόπων υπό πίεση, περιμένοντας την κατάληψη.

Αλλά πόσο μεγάλο πρέπει να είναι ο βιότοπος; Αυτή είναι μια πολύ δύσκολη ερώτηση για απάντηση, αλλά το αποτέλεσμα είναι ότι εάν κάποιος σεληνιακός βιότοπος θα καταληφθεί για μεγάλα χρονικά διαστήματα, θα πρέπει να είναι άνετο. Στην πραγματικότητα, υπάρχουν οδηγίες της NASA που δηλώνουν ότι, για αποστολές άνω των τεσσάρων μηνών, η ελάχιστο ο όγκος που απαιτείται από κάθε άτομο πρέπει να είναι τουλάχιστον 20m³ (από την NASA Man Systems Integration
Πρότυπα, NASA STD3000, σε περίπτωση που αναρωτιέστε). Συγκρίνετε τις ανάγκες της μακροχρόνιας κατοίκησης στη Σελήνη με τις βραχυπρόθεσμες αποστολές Δίδυμοι στα μέσα της δεκαετίας του 1960 (απεικονίζεται). Ο κατοικήσιμος όγκος ανά μέλος πληρώματος στο Δίδυμο ήταν ένα άνετο 0,57μ³… Ευτυχώς αυτές οι πρώτες εισβολές στο διάστημα ήταν σύντομες. Παρά τους κανονισμούς της NASA, ο συνιστώμενος όγκος ανά μέλος πληρώματος είναι 120m³, περίπου το ίδιο με τον χώρο διαβίωσης στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Ένας παρόμοιος χώρος θα χρειαστεί σε μελλοντικούς οικότοπους στη Σελήνη για την ευημερία του πληρώματος και την επιτυχία της αποστολής.

Από αυτές τις οδηγίες, οι σχεδιαστές ενδιαιτημάτων μπορούν να εργαστούν για τον καλύτερο τρόπο δημιουργίας αυτού του όγκου ζωής. Προφανώς, θα πρέπει να βελτιστοποιηθεί ο χώρος του δαπέδου, το ύψος των ενδιαιτημάτων και η λειτουργικότητα, καθώς και ο χώρος για τον εξοπλισμό, την υποστήριξη ζωής και την αποθήκευση. από μια δημοσίευση με τίτλο «Διαρθρωτικός σχεδιασμός ενός σεληνιακού οικοτόπου"(Journal of Aerospace Engineering, 2006), θεωρείται ημικυκλικό σχήμα" υπόστεγο "(απεικονίζεται).

Το σχήμα ενός φέροντος τόξου είναι στενός σύμμαχος των δομικών μηχανικών και οι καμάρες αναμένεται να είναι ένα σημαντικό συστατικό για το σχεδιασμό των οικοτόπων καθώς οι δομικές τάσεις μπορούν να κατανεμηθούν ομοιόμορφα. Φυσικά, αρχιτεκτονικές αποφάσεις όπως η σταθερότητα του υποκείμενου υλικού και η γωνία κλίσης θα πρέπει να ληφθούν κατά την οικοδόμηση των θεμελίων των οικοτόπων, αλλά αυτός ο σχεδιασμός αναμένεται να αντιμετωπίσει πολλά από τα ζητήματα που σχετίζονται με τη σεληνιακή κατασκευή.

Το μεγαλύτερο άγχος στο σχέδιο «υπόστεγου» θα προέλθει από την εσωτερική πίεση που ενεργεί προς τα έξω και όχι από τη βαρύτητα που ενεργεί προς τα κάτω. Καθώς το εσωτερικό του οικοτόπου θα πρέπει να διατηρείται σε επίγεια πίεση, η κλίση πίεσης από το εσωτερικό έως το κενό του εξωτερικού θα ασκήσει τεράστια πίεση στην κατασκευή. Αυτό είναι όπου η αψίδα του υπόστεγου καθίσταται απαραίτητη, δεν υπάρχουν γωνίες, και επομένως δεν υπάρχουν αδύνατα σημεία που να υποβαθμίζουν την ακεραιότητα.

Λαμβάνονται υπόψη πολλοί περισσότεροι παράγοντες, που περιλαμβάνουν κάποιους πολύπλοκους υπολογισμούς πίεσης και πίεσης, αλλά η παραπάνω περιγραφή δίνει μια γεύση για το τι πρέπει να λάβουν υπόψη οι δομικοί μηχανικοί. Κατασκευάζοντας έναν άκαμπτο βιότοπο από χυτά regolith, μπορούν να κατασκευαστούν τα δομικά στοιχεία για μια σταθερή κατασκευή. Για πρόσθετη προστασία από την ηλιακή ακτινοβολία και τους μικρομετεωρίτες, αυτά τα τοξωτά ενδιαιτήματα θα μπορούσαν να χτιστούν το ένα δίπλα στο άλλο, να διασυνδέονται. Μόλις κατασκευαστεί μια σειρά θαλάμων, θα μπορούσε να τοποθετηθεί χαλαρός ρεολίθ. Το πάχος του cast regolith θα βελτιστοποιηθεί επίσης, ώστε η πυκνότητα του κατασκευασμένου υλικού να παρέχει επιπλέον προστασία. Ίσως μεγάλες πλάκες από χυτά regolith θα μπορούσαν να επιστρωθούν στην κορυφή.

Μόλις κατασκευαστούν οι βασικές ενότητες οικοτόπων, μπορεί να ξεκινήσει η διάταξη του οικισμού. Ο σεληνιακός «πολεοδομικός σχεδιασμός» θα είναι μια άλλη πολύπλοκη εργασία και πρέπει να ληφθούν υπόψη πολλές διαμορφώσεις μονάδων. Επισημαίνονται πέντε κύριες διαμορφώσεις λειτουργικών μονάδων: Γραμμική, Αυλή, Ακτινική, Διακλάδωση και Σύμπλεγμα.

Η υποδομή του μελλοντικού σεληνιακού διακανονισμού εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, ωστόσο, και θα συνεχιστεί στην επόμενη δόση.