XâY DỰNG CĂN CỨ MẶT TRĂNG: PHẦN 3 - THIẾT KẾ KẾT CẤU

Send

Xây dựng căn cứ Mặt trăng đầu tiên sẽ là thách thức lớn nhất mà nhân loại từng bắt tay vào thực hiện. Chúng ta đã có thể suy đoán về các mối nguy hiểm, tự nhiên và nhân tạo, liên quan đến sự hiện diện của con người trên bề mặt mặt trăng. Để đáp lại, chúng tôi đã có sẵn một số cấu trúc môi trường sống - từ các cấu trúc bơm hơi đến các hang ngầm dưới lòng đất trong các lỗ nham thạch cổ đại. Bây giờ là lúc chúng ta nghiêm túc bắt đầu thiết kế cấu trúc môi trường sống đầu tiên của chúng ta, bảo vệ chúng ta khỏi các thiên thạch micromet, duy trì áp lực trên mặt đất và sử dụng các vật liệu khai thác tại địa phương nơi chúng ta có thể

Trong Phần 1 của loạt phim Xây dựng Mặt trăng này, chúng tôi đã xem xét một số mối nguy hiểm rõ ràng hơn liên quan đến việc xây dựng căn cứ trên một hành tinh khác. Trong Phần 2, chúng tôi đã khám phá một số khái niệm thiết kế hiện tại cho môi trường sống có người lái đầu tiên trên Mặt trăng. Các thiết kế có phạm vi từ các cấu trúc bơm hơi, môi trường sống có thể được xây dựng trên quỹ đạo Trái đất và nổi lên bề mặt mặt trăng, đến các căn cứ rỗng trong các ống dung nham cổ đại dưới bề mặt. Tất cả các khái niệm đều có ưu điểm của chúng, nhưng chức năng chính phải là duy trì áp suất không khí và giảm nguy cơ thiệt hại thảm khốc nếu điều tồi tệ nhất xảy ra. Phần thứ ba của loạt bài này đề cập đến thiết kế cơ bản của một cơ sở mặt trăng có thể giúp tối ưu hóa không gian, sử dụng tối đa các vật liệu khai thác tại địa phương và bảo vệ khỏi mối đe dọa liên tục của micrometsengites.

Xây dựng một căn cứ mặt trăng, căn cứ trên cơ sở nghiên cứu của Haym Benaroya và Leonhard BernoldKỹ thuật của căn cứ mặt trăng“)

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến thiết kế cấu trúc của môi trường sống trên Mặt trăng là:

Một phần sáu trọng lực trên mặt đất.
Áp suất không khí bên trong cao (để duy trì bầu không khí dễ thở của con người).
Che chắn bức xạ (từ Mặt trời và các tia vũ trụ khác).
Tấm chắn micromet.
Hiệu ứng chân không cứng trên vật liệu xây dựng (tức là thoát khí).
Bụi bẩn âm lịch.
Gradien nhiệt độ nghiêm trọng.

Ngoài việc giải quyết các vấn đề này, các cấu trúc mặt trăng phải dễ bảo trì, không tốn kém, dễ xây dựng và tương thích với các môi trường / mô-đun / phương tiện mặt trăng khác. Để đạt được xây dựng không tốn kém, càng nhiều vật liệu địa phương phải được sử dụng càng tốt. Nguyên liệu thô cho xây dựng rẻ tiền có thể là số lượng lớn regolith có thể truy cập dễ dàng trên bề mặt mặt trăng.

Hóa ra, regolith mặt trăng có nhiều đặc tính hữu ích để xây dựng trên Mặt trăng. Để bổ sung cho bê tông mặt trăng (như đã giới thiệu trước đó trong Phần 2), cấu trúc xây dựng cơ bản có thể được hình thành từ regolith đúc. Regolith đúc sẽ rất giống với bazan đúc trên mặt đất. Được tạo ra bằng cách nung chảy regolith trong khuôn và cho phép nó nguội từ từ sẽ cho phép cấu trúc tinh thể hình thành, dẫn đến các thành phần xây dựng có độ nén cao và độ bền vừa phải. Độ chân không cao trên Mặt trăng sẽ cải thiện đáng kể quá trình sản xuất vật liệu. Chúng ta cũng có kinh nghiệm ở đây trên Trái đất về cách tạo ra đá bazan, vì vậy đây không phải là một phương pháp mới và chưa được thử nghiệm. Hình dạng môi trường sống cơ bản có thể được sản xuất với ít chuẩn bị nguyên liệu. Các yếu tố như dầm, cột, tấm, vỏ, phân đoạn vòm, khối và hình trụ có thể được chế tạo, mỗi phần tử có cường độ chịu nén và kéo gấp mười lần bê tông.

Có rất nhiều lợi thế để sử dụng regolith cast. Chủ yếu, nó rất cứng và chống xói mòn bởi bụi mặt trăng. Nó có thể là vật liệu lý tưởng để lát các vị trí phóng tên lửa mặt trăng và xây dựng các lá chắn mảnh vỡ xung quanh bãi đáp. Nó cũng có thể tạo ra sự che chắn lý tưởng chống lại các thiên thạch và bức xạ.

OK, bây giờ chúng tôi có vật tư xây dựng cơ bản, từ vật liệu địa phương, yêu cầu chuẩn bị tối thiểu. Không quá khó để tưởng tượng rằng quá trình chế tạo regolith có thể được tự động hóa. Trước khi con người thậm chí đặt chân lên Mặt trăng, một lớp vỏ môi trường sống áp lực cơ bản có thể được tạo ra, chờ đợi sự chiếm đóng.

Nhưng môi trường sống nên lớn như thế nào? Đây là một câu hỏi rất khó trả lời, nhưng kết quả cuối cùng là nếu bất kỳ môi trường sống mặt trăng nào sẽ bị chiếm giữ trong thời gian dài, nó sẽ phải thoải mái. Trên thực tế, có những hướng dẫn của NASA nói rằng, đối với các nhiệm vụ dài hơn bốn tháng, tối thiểu khối lượng yêu cầu của mỗi cá nhân nên có ít nhất 20m³ (từ NASA Man Systems Integration
Tiêu chuẩn, NASA STD3000, trong trường hợp bạn đang tự hỏi). So sánh nhu cầu cư trú dài hạn trên Mặt trăng với các nhiệm vụ Song Tử ngắn hạn vào giữa năm 1960 (hình). Khối lượng có thể ở được mỗi thuyền viên ở Song Tử là 0,57m ấm cúng³May mắn thay, những bước đột phá đầu tiên vào không gian rất ngắn. Bất chấp quy định của NASA, khối lượng khuyến nghị mỗi thuyền viên là 120m³, gần giống như không gian sống trên Trạm vũ trụ quốc tế. Một không gian tương tự sẽ được yêu cầu bên trong môi trường sống trong tương lai trên Mặt trăng để mang lại hạnh phúc cho phi hành đoàn và thành công nhiệm vụ.

Từ những hướng dẫn này, các nhà thiết kế môi trường sống có thể nghiên cứu cách tốt nhất để tạo ra khối lượng sống này. Rõ ràng, không gian sàn, chiều cao và chức năng của môi trường sống sẽ cần được tối ưu hóa, cộng với không gian cho thiết bị, hỗ trợ cuộc sống và lưu trữ sẽ cần được chú ý. Trong một thiết kế môi trường sống cơ bản của F. Ruess, J. SchÃ¤nzlin và H. Benaroya từ một ấn phẩm có tên làThiết kế cấu trúc của môi trường sống mặt trăngTiết (Tạp chí Kỹ thuật hàng không vũ trụ, 2006), một hình bán nguyệt, hình tròn hangar được xem xét (hình).

Hình dạng của vòm chịu lực là một đồng minh thân thiết cho các kỹ sư kết cấu và vòm được dự kiến sẽ là một thành phần chính cho thiết kế môi trường sống vì các ứng suất cấu trúc có thể được phân bố đồng đều. Tất nhiên, các quyết định kiến trúc như sự ổn định của vật liệu cơ bản và góc dốc sẽ phải được đưa ra trong khi xây dựng nền móng môi trường sống, nhưng thiết kế này dự kiến sẽ giải quyết nhiều vấn đề liên quan đến xây dựng mặt trăng.

Sự căng thẳng lớn nhất đối với thiết kế hangar trực tuyến sẽ đến từ áp lực bên trong tác động ra bên ngoài, chứ không phải từ trọng lực tác động xuống dưới. Vì bên trong môi trường sống sẽ cần phải được giữ ở áp suất trên mặt đất, độ dốc áp suất từ bên trong đến chân không của bên ngoài sẽ gây ra một căng thẳng lớn cho việc xây dựng. Đây là nơi vòm của nhà chứa máy bay trở nên thiết yếu, không có góc, và do đó không có điểm yếu nào có thể làm suy giảm tính toàn vẹn.

Nhiều yếu tố hơn được xem xét, liên quan đến một số tính toán căng thẳng và căng thẳng phức tạp, nhưng mô tả ở trên mang đến một hương vị như những gì các kỹ sư kết cấu phải xem xét. Bằng cách xây dựng một môi trường sống cứng nhắc từ regolith, các khối xây dựng cho một công trình ổn định có thể được xây dựng. Để bảo vệ thêm khỏi bức xạ mặt trời và thiên thạch micromet, những môi trường sống hình vòng cung này có thể được xây dựng cạnh nhau, kết nối với nhau. Khi một loạt các buồng đã được xây dựng, regolith lỏng lẻo có thể được đặt lên hàng đầu. Độ dày của regolith đúc cũng sẽ được tối ưu hóa để mật độ của vật liệu chế tạo có thể bảo vệ thêm. Có lẽ các tấm lớn của regolith đúc có thể được xếp chồng lên nhau.

Khi các mô đun môi trường sống cơ bản được xây dựng, bố trí của khu định cư có thể bắt đầu. Kế hoạch thành phố Lunar có thể là một nhiệm vụ phức tạp khác và nhiều cấu hình mô-đun phải được xem xét. Năm cấu hình mô-đun chính được tô sáng: Tuyến tính, Sân, Bán kính, Phân nhánh và Cụm.

Cơ sở hạ tầng của việc giải quyết mặt trăng trong tương lai phụ thuộc vào nhiều yếu tố, tuy nhiên, và sẽ được tiếp tục trong phần tiếp theo.