MĒNESS BĀZES VEIDOŠANA: 3. DAĻA - KONSTRUKCIJAS DIZAINS

Send

Pirmās Mēness bāzes celtniecība būs lielākais izaicinājums, ko cilvēce jebkad ir sākusi. Mēs jau varam spekulēt par dabiskiem un cilvēka radītiem draudiem, kas saistīti ar cilvēka klātbūtni Mēness virsmā. Atbildot uz to, mums jau ir prātā dažas dzīvotņu struktūras - sākot no piepūšamām konstrukcijām un beidzot ar pazemes urvām seno lavas atveru iekšpusē. Tagad ir pienācis laiks nopietni sākt veidot savu pirmo biotopu struktūru, pasargāt mūs no mikrometeorītiem, uzturēt zemes spiedienu un izmantot vietēji raktuvus materiālus, kur mēs varam…

Šīs sērijas “Mēness bāzes veidošana” 1. daļā mēs apskatījām dažus acīmredzamākos draudus, kas saistīti ar bāzes veidošanu uz citas planētas. 2. daļā mēs izpētījām dažus pašreizējos pirmā apkalpoto biotopu dizaina veidus uz Mēness. Projekti svārstījās no piepūšamām konstrukcijām, biotopiem, kurus varēja uzbūvēt Zemes orbītā un peldēt līdz Mēness virsmai, līdz bāzēm, kas zem virsmas tika iedobtas no senām lavas caurulēm. Visiem jēdzieniem ir savas priekšrocības, taču galvenajai funkcijai jābūt gaisa spiediena uzturēšanai un katastrofisko postījumu riska samazināšanai, ja vissliktākais notiktu. Šī sērijas trešā iemaksa attiecas uz iespējamās Mēness bāzes konstrukciju, kas optimizē vietu, maksimāli izmanto vietēji izrakteņus un nodrošina aizsardzību no pastāvīgiem mikrometeorītu draudiem…

“Mēness bāzes veidošana” ir balstīta uz Haima Benaroya un Leonharda Bernolda (“Mēness bāzu inženierija“)

Galvenie faktori, kas ietekmē biotopu uzbūvi uz Mēness, ir:

Viena sestā zemes gravitācija.
Augsts iekšējais gaisa spiediens (lai uzturētu cilvēka elpojamo atmosfēru).
Radiācijas vairogs (no Saules un citiem kosmiskajiem stariem).
Mikrometeorīta ekranēšana.
Cieta vakuuma iedarbība uz būvmateriāliem (t.i., izdalās gāze).
Mēness putekļu piesārņojums.
Spēcīgi temperatūras gradienti.

Papildus šo jautājumu risināšanai Mēness struktūrām jābūt viegli kopjamām, lētām, viegli uzbūvējamām un savietojamām ar citiem Mēness biotopiem / moduļiem / transportlīdzekļiem. Lai panāktu lētu konstrukciju, jāizmanto pēc iespējas vairāk vietējo materiālu. Izejviela lētai celtniecībai varētu būt bagātīgs regolīta daudzums, kas viegli pieejams uz Mēness virsmas.

Kā izrādās, Mēness regolītam ir daudz noderīgu īpašību būvniecībai uz Mēness. Papildināt Mēness betonu (kā ieviests iepriekš 2006. Gadā) 2. daļa), no lietiskā regolīta var veidot pamata būvkonstrukcijas. Lietais regolīts būtu ļoti līdzīgs zemes lietajam bazaltam. Izveidots, izkausējot regolītu veidnē un ļaujot tam lēnām atdzist, ļautu veidoties kristāliskai struktūrai, kā rezultātā veidojas kompresijas un mēreni stiepes celtniecības komponenti. Augstais vakuums uz Mēness ievērojami uzlabotu materiāla ražošanas procesu. Mums šeit uz Zemes ir arī pieredze, kā izveidot lietotu bazaltu, tāpēc šī nav jauna un nepārbaudīta metode. Dzīvotņu pamatformas varēja ražot, nedaudz sagatavojot izejvielas. Var izgatavot tādus elementus kā sijas, kolonnas, plātnes, čaulas, arkas segmentus, blokus un cilindrus, katram elementam ir desmit reizes lielāka par betona spiedes un stiepes izturību.

Lietotā regolīta lietošanai ir daudz priekšrocību. Pirmkārt, tas ir ļoti izturīgs un izturīgs pret Mēness putekļu eroziju. Tas varētu būt ideāls materiāls Mēness raķešu palaišanas vietu bruģēšanai un būvgružu vairogu ierīkošanai apkārt esošajos izkraušanas spilventiņos. Tas varētu arī padarīt ideālu vairogu pret mikrometeorītiem un radiāciju.

Labi, tagad mums ir pamata celtniecības piederumi no vietējiem materiāliem, kuriem nepieciešama minimāla sagatavošana. Tas nav pārāk grūti iedomāties, ka ražošanas procesa process varētu tikt automatizēts. Pirms cilvēka pat nosēdināšanas uz Mēness varētu izveidot pamatīgu, spiedienam pakļautu dzīvotnes apvalku, kas gaida okupāciju.

Bet cik lielam vajadzētu būt biotopam? Šis ir ļoti grūts jautājums, uz kuru jāatbild, bet rezultāts ir tāds, ka, ja kādu Mēness biotopu ilgstoši aizņems, tam būs jābūt ērtam. Faktiski ir NASA vadlīnijas, kas nosaka, ka misijām, kas pārsniedz četrus mēnešus, minimums katram indivīdam nepieciešamajam tilpumam jābūt vismaz 20 m³ (no NASA Man Systems Integration
Standarti, NASA STD3000, ja jums radās jautājums). Salīdziniet ilgtermiņa uzturēšanās vajadzības uz Mēness ar īstermiņa Gemini misijām 1960. gadu vidū (attēlā). Dvīņos apdzīvojams tilpums uz vienu apkalpes locekli bija mājīgs 0,57 m³... par laimi, šie agrīnie atklājumi kosmosā bija īsi. Neskatoties uz NASA noteikumiem, ieteicamais tilpums uz vienu apkalpes locekli ir 120m³, aptuveni tāds pats kā dzīves telpa Starptautiskajā kosmosa stacijā. Līdzīga telpa būs nepieciešama nākamajos Mēness biotopos apkalpes labklājībai un misijas panākumiem.

Balstoties uz šīm vadlīnijām, biotopu projektētāji var strādāt pie tā, kā vislabāk izveidot šo dzīvojamo apjomu. Acīmredzot būs jāoptimizē grīdas platība, biotopu augstums un funkcionalitāte, kā arī telpa aprīkojumam, dzīvības atbalstam un glabāšanai. F. Ruess, J. Schänzlin un H. Benaroya dzīvotņu pamata noformējumā no publikācijas ar nosaukumu “Mēness dzīvotnes konstrukcija”(Journal of Aerospace Engineering, 2006), tiek apsvērta pusapaļa“ angāra ”forma (attēlā).

Nesošās arkas forma ir tuvs sabiedrotais būvinženieriem, un sagaidāms, ka arkas būs galvenā biotopu dizaina sastāvdaļa, jo struktūras spriegumi var būt vienmērīgi sadalīti. Protams, būvējot biotopu pamatus, būtu jāpieņem tādi arhitektūras lēmumi kā pamata materiāla stabilitāte un slīpuma leņķis, taču ir paredzēts, ka šis dizains risinās daudzus jautājumus, kas saistīti ar Mēness uzbūvi.

Vislielāko stresu “angāra” konstrukcijai radīs iekšējs spiediens, kas iedarbojas uz āru, nevis gravitācija, kas iedarbojas uz leju. Tā kā biotopu interjers būs jāuztur pie zemes spiediena, spiediena gradients no iekšpuses līdz ārpuses vakuumam radītu lielu slodzi konstrukcijai. Šeit angārā arka kļūst būtiska, nav stūru un tāpēc vāji punkti nevar pasliktināt integritāti.

Tiek ņemti vērā vēl daudzi citi faktori, ieskaitot dažus sarežģītus stresa un spriedzes aprēķinus, taču iepriekš aprakstītais dod priekšstatu par to, kas būvinženieriem jāņem vērā. Izveidojot stingru biotopu no lietiskā regolīta, var būvēt stabilas konstrukcijas blokus. Lai nodrošinātu papildu aizsardzību no saules starojuma un mikrometeorītiem, šos arkveida biotopus varētu veidot savstarpēji savienotus. Kad ir uzbūvēta virkne kameru, virsū varētu likt brīvu regolītu. Tiks optimizēts arī lietotā regolīta biezums, lai izgatavotā materiāla blīvums varētu nodrošināt papildu aizsardzību. Iespējams, ka virsū varētu uzklāt lielas lieta regolīta plāksnes.

Kad ir izveidoti dzīvotņu pamata moduļi, var sākties apmetnes izvietojums. Mēness “pilsētas plānošana” būs vēl viens sarežģīts uzdevums, un ir jāņem vērā daudzas moduļu konfigurācijas. Tiek izceltas piecas galveno moduļu konfigurācijas: lineārā, iekšpagalma, radiālā, atzarojošā un kopu.

Nākotnes Mēness apmetnes infrastruktūra tomēr ir atkarīga no daudziem faktoriem, un tā tiks turpināta nākamajā maksājumā.