MEMBINA PANGKALAN BULAN: BAHAGIAN 3 - REKA BENTUK STRUKTUR

Send

Membangun pangkalan Bulan pertama akan menjadi cabaran terbesar yang pernah dilalui manusia. Kita sudah dapat membuat spekulasi mengenai bahaya, alam dan buatan manusia, yang berkaitan dengan kehadiran manusia di permukaan bulan. Sebagai tindak balas, kita sudah memikirkan beberapa struktur habitat - mulai dari struktur kembung hingga liang bawah tanah di dalam lubang lava kuno. Sekarang tiba masanya kita serius merancang struktur habitat pertama kita, melindungi kita dari mikrometeorit, menahan tekanan daratan dan menggunakan bahan-bahan yang dilombong tempatan di mana kita dapat…

Dalam Bahagian 1 siri "Membangun Pangkalan Bulan" ini, kami melihat beberapa bahaya yang lebih jelas berkaitan dengan membangun pangkalan di planet lain. Pada Bahagian 2, kami meneroka beberapa konsep reka bentuk semasa untuk habitat berawak pertama di Bulan. Reka bentuknya terdiri dari struktur kembung, habitat yang dapat dibangun di orbit Bumi dan melayang ke permukaan bulan, hingga dasar yang berlubang keluar dari tiub lava kuno di bawah permukaan. Semua konsep mempunyai kelebihannya, tetapi fungsi utamanya adalah untuk mengekalkan tekanan udara dan mengurangkan risiko kerosakan bencana sekiranya yang terburuk terjadi. Angsuran ketiga siri ini berkaitan dengan reka bentuk asas pangkalan bulan yang mungkin yang mengoptimumkan ruang, menggunakan maksimum bahan lombong tempatan dan memberikan perlindungan dari ancaman mikrometeorit yang berterusan…

"Membangun Pangkalan Bulan" didasarkan pada penelitian oleh Haym Benaroya dan Leonhard Bernold ("Kejuruteraan pangkalan bulan“)

Faktor utama yang mempengaruhi reka bentuk struktur habitat di Bulan adalah:

Graviti daratan satu-enam.
Tekanan udara dalaman yang tinggi (untuk mengekalkan suasana bernafas manusia).
Pelindung sinaran (dari Matahari dan sinar kosmik lain).
Perisai mikrometeorit.
Kesan vakum keras pada bahan binaan (iaitu keluar gas).
Pencemaran habuk lunar.
Kecerunan suhu yang teruk.

Di samping menangani masalah ini, struktur bulan mesti mudah dijaga, murah, mudah dibina dan serasi dengan habitat / modul / kenderaan bulan yang lain. Untuk mencapai pembinaan yang murah, sebanyak mungkin bahan tempatan mesti digunakan. Bahan mentah untuk pembinaan yang murah dapat berupa jumlah regolith yang banyak yang mudah diakses di permukaan bulan.

Ternyata, regolith lunar mempunyai banyak sifat berguna untuk pembinaan di Bulan. Untuk melengkapkan konkrit lunar (seperti yang diperkenalkan sebelumnya di Bahagian 2struktur bangunan asas boleh dibentuk dari cor regith. Cast regolith akan sangat serupa dengan basalt cast terestrial. Dicipta dengan mencairkan regolith dalam acuan dan membiarkannya sejuk perlahan-lahan akan membolehkan struktur kristal terbentuk, menghasilkan komponen bangunan yang sangat mampat dan tegang. Kekosongan tinggi di Bulan akan sangat meningkatkan proses pembuatan bahan tersebut. Kami juga mempunyai pengalaman di Bumi dalam cara membuat basalt cast, jadi ini bukan kaedah baru dan belum diuji. Bentuk habitat asas dapat dihasilkan dengan sedikit penyediaan bahan mentah. Unsur-unsur seperti balok, tiang, lembaran, kerang, segmen lengkungan, blok dan silinder dapat dibuat, masing-masing elemen mempunyai kekuatan konkrit dan tegangan sepuluh kali ganda dari konkrit.

Terdapat banyak kelebihan menggunakan cor regolith. Terutamanya, sangat sukar dan tahan terhadap hakisan oleh debu bulan. Ini boleh menjadi bahan yang ideal untuk membuka lokasi pelancaran roket bulan dan membina perisai serpihan di sekitar landasan pendaratan. Ia juga dapat menjadikan pelindung yang ideal terhadap mikrometeorit dan radiasi.

OK, sekarang kami mempunyai bekalan bangunan asas, dari bahan tempatan, memerlukan persiapan minimum. Tidak terlalu sukar untuk membayangkan bahawa proses fabrikasi cor regolith dapat dilakukan secara automatik. Sebelum manusia bahkan menginjakkan kaki di Bulan, cangkang habitat dasar dapat dibuat, menunggu pekerjaan.

Tetapi seberapa besar habitatnya? Ini adalah soalan yang sangat sukar untuk dijawab, tetapi hasilnya adalah bahawa jika ada habitat lunar yang akan ditempati untuk jangka waktu yang panjang, ia pasti selesa. Sebenarnya, ada garis panduan NASA yang menyatakan bahawa, untuk misi lebih dari empat bulan, minimum isipadu yang diperlukan oleh setiap individu sekurang-kurangnya 20m³ (dari Integrasi Sistem Man NASA
Piawaian, NASA STD3000, sekiranya anda tertanya-tanya). Bandingkan keperluan tempat tinggal jangka panjang di Bulan dengan misi Gemini jangka pendek pada pertengahan tahun 1960-an (bergambar). Jumlah yang boleh dihuni setiap anak kapal di Gemini adalah 0,57m yang selesa³... mujurlah perjalanan awal ke angkasa ini singkat. Walaupun ada peraturan NASA, jumlah yang disarankan setiap anak kapal ialah 120m³, kira-kira sama dengan ruang tamu di Stesen Angkasa Antarabangsa. Ruang serupa akan diperlukan di habitat masa depan di Bulan untuk kesejahteraan kru dan kejayaan misi.

Dari garis panduan ini, pereka habitat dapat mengusahakan cara terbaik untuk menghasilkan jumlah hidup ini. Jelas, ruang lantai, ketinggian dan fungsi habitat perlu dioptimumkan, ditambah ruang untuk peralatan, sokongan hidup dan penyimpanan perlu diambil kira. Dalam reka bentuk habitat asas oleh F. Ruess, J. SchÃ¤nzlin dan H. Benaroya dari penerbitan bertajuk “Reka bentuk struktur habitat bulan"(Jurnal Kejuruteraan Aeroangkasa, 2006), bentuk" hangar "separa bulat dianggap (bergambar).

Bentuk lengkungan penanggung beban adalah sekutu rapat bagi jurutera struktur, dan lengkungan diharapkan menjadi komponen utama untuk reka bentuk habitat kerana tekanan struktur dapat diagihkan secara merata. Sudah tentu, keputusan seni bina seperti kestabilan bahan yang mendasari dan sudut cerun harus dibuat semasa membina asas habitat, tetapi reka bentuk ini diharapkan dapat mengatasi banyak masalah yang berkaitan dengan pembinaan bulan.

Tekanan terbesar pada reka bentuk "hangar" akan datang dari tekanan dalaman yang bertindak ke luar, dan bukan dari graviti yang bertindak ke bawah. Oleh kerana bahagian dalam habitat harus ditahan pada tekanan daratan, kecerunan tekanan dari dalaman ke ruang hampa luar akan menimbulkan tekanan besar pada konstruksi. Di sinilah lengkungan hangar menjadi mustahak, tidak ada sudut, dan oleh itu tidak ada titik lemah yang boleh merosakkan integriti.

Banyak lagi faktor yang dipertimbangkan, yang melibatkan beberapa perhitungan tekanan dan tekanan yang rumit, tetapi penerangan di atas memberikan rasa seperti apa yang mesti dipertimbangkan oleh jurutera struktur. Dengan membina habitat tegar dari regolith cor, blok bangunan untuk pembinaan yang stabil dapat dibina. Untuk perlindungan tambahan dari sinaran matahari dan mikrometeorit, habitat melengkung ini dapat dibangun berdampingan, saling berhubungan. Setelah rangkaian bilik dibina, regolit longgar dapat diletakkan di atas. Ketebalan regolith cor juga akan dioptimumkan sehingga ketumpatan bahan fabrikasi dapat memberikan perlindungan tambahan. Mungkin kepingan besar cor regith dapat dilapisi di atasnya.

Setelah modul habitat asas dibina, susun atur penempatan dapat dimulakan. "Perancangan bandar" lunar akan menjadi tugas yang kompleks dan banyak konfigurasi modul mesti dipertimbangkan. Lima konfigurasi modul utama diserlahkan: Linear, Courtyard, Radial, Branching dan Cluster.

Prasarana penyelesaian bulan depan bergantung pada banyak faktor, bagaimanapun, dan akan dilanjutkan pada ansuran berikutnya.