Az első holdfenék építése lesz a legnagyobb kihívás, amelyet az emberiség valaha is megtett. Már meggondolhatjuk a természetes és az ember által okozott veszélyeket, amelyek az emberi jelenléthez kapcsolódnak a Hold felszínén. Erre reagálva már gondolunk néhány élőhelyszerkezetet - kezdve a felfújható struktúráktól a föld alatti urkokig az ősi láva nyílásokon belül. Itt az ideje, hogy komolyan kezdjük megtervezni első élőhely-szerkezetünket, megvédeni minket a mikrometeoritoktól, fenntartani a földi nyomást, és helyben bányászott anyagokat felhasználni, ahol csak tudunk…
A „Holdbázis kiépítése” sorozat 1. részében néhány olyan nyilvánvalóbb veszélyt vizsgáltunk, amelyek egy másik bolygó alapjának építéséhez kapcsolódnak. A 2. részben a Holdon az első emberes élőhely jelenlegi tervezési koncepcióit vizsgáltuk meg. A tervek a felfújható struktúráktól, a Föld körüli pályán felépíthető és a holdfelszínen lebegő élőhelyektől kezdve az ősi lávacsövekből a felszín alatt üreges alapokig terjedtek. Minden koncepciónak megvannak az előnyei, de elsődleges funkciónak a légnyomás fenntartása és a katasztrófa károsodásának kockázatának csökkentése kell lennie, ha a legrosszabb történik. A sorozat ez a harmadik rész a lehetséges Hold alapjának tervezésével foglalkozik, amely optimalizálja a helyet, maximálisan kihasználja a helyben bányászott anyagokat, és védelmet nyújt a mikrometeoritok állandó veszélye ellen ...
A „Holdbázis kiépítése” Haym Benaroya és Leonhard Bernold („Hold bázisok tervezése“)
A holdi élőhelyek szerkezeti kialakítását befolyásoló fő tényezők:
- A hatodik földi gravitáció.
- Magas belső levegőnyomás (az emberi lélegző légkör fenntartásához).
- Sugárzás-árnyékolás (a Nap és más kozmikus sugarak ellen).
- Mikrometeorit árnyékolás.
- Kemény vákuum hatása az építőanyagokra (azaz a gázképződés).
- Holdpor szennyeződés.
- Súlyos hőmérsékleti gradiensek.
Ezen kérdések megoldása mellett a holdszerkezeteknek könnyen karbantarthatónak, olcsónak, felépíthetőnek és kompatibiliseknek kell lenniük más holdi élőhelyekkel / modulokkal / járművekkel. Az olcsó konstrukció eléréséhez minél több helyi anyagot kell felhasználni. Az olcsó konstrukció alapanyaga a holdfelületre könnyen elérhető regolit bőséges mennyisége lehet.
Mint kiderült, a holdregolitnak sok hasznos tulajdonsága van a Holdon való építéshez. A holdi beton kiegészítése (a 2006 - ban korábban bevezetett) 2. rész) alapján az alapépítő szerkezetek öntött regolitból alakíthatók ki. Az öntött regolit nagyon hasonlít a földi öntött bazalthoz. Ha a regolitot egy öntőformában megolvasztják, és lassan lehűlni hagyják, kristályos szerkezet alakulhat ki, amely erősen összenyomható és közepesen szakító építőelemeket eredményez. A nagy vákuum a Holdon nagyban javítja az anyag gyártási folyamatát. Itt a földön is van tapasztalatunk az öntött bazalt előállításában, tehát ez nem új és nem tesztelt módszer. Az alapvető élőhely-formák előállíthatók a nyersanyagok kevés előkészítésével. Az olyan elemek, mint a gerendák, oszlopok, táblák, héjak, boltív-szegmensek, tömbök és hengerek elkészíthetők, mindegyik elem tízszerese a beton nyomó- és szakítószilárdságával.
Az öntött regolit használatának számos előnye van. Elsődlegesen nagyon kemény és ellenálló a holdpor által okozott erózióval szemben. Ideális anyag lehet a holdi rakétaindító helyek burkolásához és a leszállópadokat körülvevő törmelékpajzsok építéséhez. Ideális árnyékolást is nyújthat a mikrometeoritok és a sugárzás ellen.
Rendben, most alapvető építőanyagok vannak helyi anyagokból, minimális előkészítést igényelnek. Nem túl nehéz elképzelni, hogy az öntött regolit gyártási folyamata automatizálható lenne. Mielőtt az ember még lábát állította volna a Holdra, létrehozhat egy alapvető, nyomás alatt álló élőhelyhéjat, amely megszállásra vár.
De mekkora legyen az élőhely? Ez egy nagyon nehéz kérdés, amelyet meg kell válaszolni, de az előzőleg az, hogy ha a holdi élőhelyeket hosszú ideig fogják elfoglalni, akkor kényelmeseknek kell lenniük. Valójában vannak NASA iránymutatások, amelyek kimondják, hogy négy hónapnál hosszabb küldetések esetén a minimális az egyének által megkövetelt térfogatnak legalább 20 m-nek kell lennie3 (a NASA Man Systems Integration-tól
Szabványok, NASA STD3000, arra az esetre, ha kíváncsi lenne). Hasonlítsa össze a Holdon való hosszú távú lakás igényeit az 1960-as évek közepén található Gemini rövid távú küldetéseivel (elképzelte). A Geminiben a legénység tagjainak lakhatósága 0,57 méter volt3… Szerencsére ezek a korai űrkutatások rövidek voltak. A NASA előírásainak ellenére a személyzet tagjainak ajánlott térfogata 120 m3, nagyjából megegyezik a Nemzetközi Űrállomás lakóterületével. Hasonló helyre lesz szükség a Hold jövőbeli élőhelyein belül a személyzet jóléte és a küldetés sikere érdekében.
Ezen iránymutatások alapján az élőhely-tervezők azon dolgozhatnak, hogy miként lehetne ezt a élő hangerőt legjobban megteremteni. Nyilvánvaló, hogy optimalizálni kell a alapterületet, az élőhelyek magasságát és a funkcionalitást, valamint a felszerelések, az élet támogatását és a tárolását lehetővé tevő helyet. A Ruess, F. Schänzlin és H. Benaroya alapvető élőhely-tervezésében. egy „A holdi élőhely szerkezeti kialakítása”(Journal of Aerospace Engineering, 2006), félkör alakú, hangár alakú (elképzelte).
A teherhordó ív alakja szoros szövetséges a szerkezeti mérnökök számára, és az ívek várhatóan fő alkotóelemek lesznek az élőhelyek tervezésében, mivel a szerkezeti feszültségek egyenletesen eloszlanak. Természetesen az élőhely alapjainak építésekor olyan építészeti döntéseket kell hozni, mint például az alapul szolgáló anyag stabilitása és a lejtő szöge, ám ez a terv várhatóan a Hold építésével kapcsolatos számos kérdést megválaszolja.
A „hangár” kialakítását a legnagyobb nyomás a kifelé ható belső nyomásra, nem pedig a lefelé mutató gravitációra gyakorolja. Mivel az élőhely belsejét földi nyomás alatt kell tartani, a belső nyomástól a külső vákuumig terjedő nyomásgradiens jelentős terhet jelentene az építkezésen. Itt a hangár íve elengedhetetlenné válik, nincsenek sarkok, és ezért a gyenge pontok nem ronthatják az integritást.
Sokkal több tényezőt veszünk figyelembe, beleértve néhány összetett feszültség- és feszültségszámítást, ám a fenti leírás ízvilágot ad arra vonatkozóan, hogy a szerkezeti mérnököknek mit kell figyelembe venniük. Az öntött regolitból egy merev élőhely megépítésével a stabil konstrukció építőkövei épülhetnek fel. A napsugárzás és a mikrometeoritok elleni további védelem érdekében ezeket az ívelt élőhelyeket egymáshoz építve össze lehet építeni. Miután egy sor kamra felépítésre került, a tekercsre laza regolitot lehetett fektetni. Az öntött regolit vastagsága szintén optimalizálva lesz, így a gyártott anyag sűrűsége további védelmet nyújthat. Lehet, hogy az öntött regolit nagy táblái lerakhatók a tetejére.
Az alapvető élőhelymodulok felépítését követően megkezdődhet a település elrendezése. A holdi „várostervezés” egy másik összetett feladat lesz, és sok modulkonfigurációt figyelembe kell venni. Öt fő modulkonfiguráció van kiemelve: Lineáris, Udvari, Radiális, Elágazó és Fürt.
A jövőbeli holdi település infrastruktúrája azonban sok tényezőtől függ, és a következő részletben folytatódik.
- Holdbázis építése: 1. rész - Kihívások és veszélyek
- Holdbázis építése: 2. rész - Élőhely-koncepciók
- Holdbázis építése: 3. rész - Szerkezeti tervezés
- Holdbázis építése: 4. rész - Infrastruktúra és közlekedés
Az „Építsünk egy alap Holdot” Haym Benaroya és Leonhard Bernold („Hold bázisok tervezése“)
Cikk Haym Benaroya és Leonhard Bernold közzétett munkáján alapul: „A holdbázisok tervezése”
