KUU ALUSE EHITAMINE: 3. OSA - KONSTRUKTSIOONI PROJEKTEERIMINE

Send

Esimese Kuu baasi ehitamine on suurim väljakutse, mille inimkond on kunagi alustanud. Me võime juba spekuleerida looduslike ja inimtegevusest tulenevate ohtude üle, mis on seotud inimese esinemisega Kuu pinnal. Vastusena on meil juba mõned elupaigastruktuurid meeles - alates täispuhutavatest struktuuridest kuni maa-aluste urgudeni iidsete laavaventiilide sees. Nüüd on aeg hakata tõsiselt kavandama oma esimest elupaigastruktuuri, kaitsma meid mikrometeoriitide eest, säilitama maapealset survet ja kasutama kohapeal kaevandatud materjale, kus saame ...

Selle sarja “Kuubaasi ehitamine” 1. osas vaatasime mõnda ilmsemat ohtu, mis on seotud baasi ehitamisega teisele planeedile. 2. osas uurisime mõnda Kuu esimese mehitatud elupaiga praeguseid kujunduskontseptsioone. Kujundused ulatusid täispuhutavatest konstruktsioonidest, elupaikadest, mida võis Maa orbiidil üles ehitada ja Kuu pinnale hõljuda, kuni muistsetest laava torudest pinna all õõnestatud alusteni. Kõigil kontseptsioonidel on oma eelised, kuid esmane ülesanne peab olema õhurõhu säilitamine ja katastroofiliste kahjustuste ohu vähendamine halvimal juhul. Sarja kolmas osamakse tegeleb võimaliku Kuu aluse põhikujundusega, mis optimeerib ruumi, kasutab maksimaalselt kohapeal kaevandatud materjale ja pakub kaitset mikrometeoriitide pideva ohu eest ...

“Kuubaasi ehitamine” põhineb Haym Benaroya ja Leonhard Bernoldi uurimustel (“Kuu aluste projekteerimine“)

Kuu elupaikade struktuuri kujundamist mõjutavad peamised tegurid:

Kuues maapealne gravitatsioon.
Kõrge sisemine õhurõhk (inimese hingava atmosfääri säilitamiseks).
Kiirguse varjestus (päikese ja muude kosmiliste kiirte eest).
Mikrometeoriidi varjestus.
Kõva vaakumi mõju ehitusmaterjalidele (s.o gaasiline väljajuhtimine).
Kuutolmu saastumine.
Rasked temperatuurigradiendid.

Lisaks nende probleemidega tegelemisele peavad kuustruktuurid olema hõlpsasti hooldatavad, odavad, hõlpsasti konstrueeritavad ja ühilduvad teiste Kuu elupaikade / moodulite / sõidukitega. Odava konstruktsiooni saavutamiseks tuleb kasutada võimalikult palju kohalikku materjali. Odava konstruktsiooni tooraineks võiks olla Kuu pinnale kergesti ligipääsetav rohke regoliidi kogus.

Nagu selgub, on Kuu regoliidil Kuul ehitamiseks palju kasulikke omadusi. Kuubetooni täiendamiseks (nagu tutvustati varem 2006 2. osa) võib valatud regoliidist moodustada põhilised ehituskonstruktsioonid. Valatud regoliit on väga sarnane maapealse valatud basaltiga. Loodud vormis sulatatud regoliidi sulamise ja sellel aeglase jahtumise kaudu võimaldaks kristallilisel struktuuril moodustuda, mille tulemuseks on tugevalt kokkusurutavad ja mõõdukalt tõmbetugevdavad ehitusdetailid. Kuu kõrge vaakum parandaks oluliselt materjali valmistamisprotsessi. Samuti on meil siin Maal kogemusi basaltvalude loomisest, nii et see pole uus ja testimata meetod. Põhilisi elupaigakujusid saaks toormaterjali vähese ettevalmistamise korral valmistada. Valmistada võiks selliseid elemente nagu talad, sambad, tahvlid, kestad, kaareosad, plokid ja silindrid, kusjuures igal elemendil on betooni surve- ja tõmbetugevus kümme korda suurem.

Valatud regoliidi kasutamisel on palju eeliseid. Esiteks on see väga sitke ja vastupidav kuutolmu erosioonile. See võiks olla ideaalne materjal Kuu raketi stardikohtade sillutamiseks ja maandumispatju ümbritsevate prahtkilpide ehitamiseks. See võib ka muuta ideaalse kaitse mikrometeoriitide ja kiirguse eest.

OK, nüüd on meil kohalikest materjalidest peamised ehitustarbed, mis vajavad minimaalset ettevalmistamist. Pole liiga raske ette kujutada, et valatud regoliidi valmistamise protsessi saaks automatiseerida. Enne inimese ühtlast Kuule jalge alla seadmist võiks luua põhilise, survestatud elupaiga kesta, mis ootab okupatsiooni.

Kuid kui suur peaks elupaik olema? See on väga raske küsimus, millele tuleb vastata, kuid tulemus on see, et kui mõni Kuu elupaik on pikka aega hõivatud, peab see olema mugav. Tegelikult on olemas NASA suunised, mis sätestavad, et pikema kui neljakuuliste lähetuste korral on miinimum iga inimese nõutav maht peaks olema vähemalt 20m³ (saidilt NASA Man Systems Integration
Standardid, NASA STD3000, juhuks, kui mõtlesite. Võrrelge Kuu pikaajalise asustamise vajadusi 1960. aastate keskpaiga lühiajaliste Kaksikute missioonidega (pildil). Kaksikute meeskonnaliikme asustatav maht oli hubane 0,57m³… Õnneks olid need varajased kosmosesse sattumise katsed lühikesed. Vaatamata NASA määrustele on soovitatav meeskonnaliikme maht 120m³, umbes sama mis elamispind rahvusvahelises kosmosejaamas. Meeskonna heaolu ja missiooni õnnestumiseks on tulevastel Kuu elupaikadel vaja sarnast ruumi.

Nendest juhistest lähtuvalt saavad elupaiga kujundajad töötada välja, kuidas seda elamismahtu kõige paremini luua. Ilmselt tuleb optimeerida põrandapinda, elupaigakõrgust ja funktsionaalsust, samuti tuleb arvestada varustuse, elu toetamise ja säilitamisega seotud ruumidega. F. Ruess, J. Schänzlin ja H. Benaroya elupaiga põhikujunduses. trükisest pealkirjaga “Kuu elupaiga konstruktsioon”(Journal of Aerospace Engineering, 2006), peetakse poolringikujulist“ angaari ”kuju (pildil).

Kandva kaare kuju on ehitusinseneride jaoks lähedane liitlane ja kaared peaksid olema elupaikade kujundamisel peamiseks komponendiks, kuna konstruktsioonipingeid saab ühtlaselt jaotada. Muidugi tuleks elupaiga vundamentide ehitamisel teha selliseid arhitektuurilisi otsuseid nagu alusmaterjali stabiilsus ja kaldenurk, kuid selle kujundusega loodetakse lahendada paljud Kuu ehitamisega seotud probleemid.

Suurim stress angaari kujundusele tuleneb sisemisest survest, mis toimib väljapoole, mitte gravitatsioonist, mis toimib allapoole. Kuna elupaiga sisemust tuleb hoida maapinnalise rõhu all, avaldaks rõhugradient sisemusest välisilme vaakumile konstruktsiooni tugevat koormust. Seal muutub angaari kaar hädavajalikuks, nurki pole ja seetõttu ei saa nõrgad kohad terviklikkust rikkuda.

Arvesse võetakse veel mitmeid tegureid, sealhulgas keerukaid stressi- ja deformatsiooniarvutusi, kuid ülaltoodud kirjeldus annab ülevaate, mida ehitusinsenerid peavad arvestama. Ehitades valatud regoliitist jäiga elupaiga, saab ehitada stabiilse konstruktsiooni ehitusplokid. Täiendavaks kaitseks päikesekiirguse ja mikrometeoriitide eest võiksid need kaarekujulised elupaigad ehitada üksteise külge. Kui kambrite seeria on ehitatud, võiks peal asetada lahtise regoliidi. Samuti optimeeritakse valatud regoliidi paksus, nii et valmistatud materjali tihedus võib pakkuda täiendavat kaitset. Võib-olla võiksid peal asetada valatud regoliidi suured tahvlid.

Kui elupaiga põhimoodulid on konstrueeritud, võib asula kujundamine alata. Kuu “linnaplaneerimine” on veel üks keeruline ülesanne ja tuleb arvestada paljude moodulite konfiguratsioonidega. Esiletõstetud on viis peamooduli konfiguratsiooni: lineaarne, siseõu, radiaalne, hargnev ja klaster.

Tuleviku Kuu asula infrastruktuur sõltub aga paljudest teguritest ja seda jätkatakse järgmise osamaksega.