بناء قاعدة القمر: الجزء 3 - التصميم الإنشائي

Send

سيكون بناء أول قاعدة قمرية أكبر تحدٍ واجهته البشرية على الإطلاق. يمكننا بالفعل التكهن بالمخاطر الطبيعية والاصطناعية المرتبطة بالوجود البشري على سطح القمر. واستجابة لذلك ، لدينا بالفعل بعض تراكيب الموائل - تتراوح بين الهياكل القابلة للنفخ إلى الجحور تحت الأرض داخل فتحات الحمم البركانية القديمة. حان الوقت الآن للبدء بجدية في تصميم أول هيكل للموئل ، وحمايتنا من النيازك الصغيرة ، والحفاظ على الضغوط الأرضية واستخدام المواد الملغومة محليًا حيث يمكننا ...

في الجزء الأول من سلسلة "بناء قاعدة القمر" ، نظرنا في بعض المخاطر الأكثر وضوحًا المرتبطة ببناء قاعدة على كوكب آخر. في الجزء 2 ، استكشفنا بعض مفاهيم التصميم الحالية للموطن المأهول الأول على القمر. تراوحت التصاميم بين الهياكل القابلة للنفخ والموائل التي يمكن بناؤها في مدار الأرض وتعويمها على سطح القمر ، إلى قواعد مجوفة من أنابيب الحمم القديمة تحت السطح. جميع المفاهيم لها مزاياها ، ولكن الوظيفة الأساسية يجب أن تكون الحفاظ على ضغط الهواء وتقليل خطر حدوث أضرار كارثية إذا حدث الأسوأ. تتناول هذه الدفعة الثالثة من السلسلة التصميم الأساسي لقاعدة قمرية محتملة تعمل على تحسين المساحة ، والاستفادة القصوى من المواد الملغومة محليًا ، وتوفير الحماية من التهديد المستمر للنيازك الدقيقة ...

يعتمد "بناء قاعدة القمر" على بحث أجراه هايم بينارويا وليونارد برنولد ("هندسة قواعد القمر“)

العوامل الرئيسية التي تؤثر على التصاميم الهيكلية للموائل على القمر هي:

سدس الجاذبية الأرضية.
ارتفاع ضغط الهواء الداخلي (للحفاظ على جو قابل للتنفس البشري).
الحماية من الإشعاع (من الشمس والأشعة الكونية الأخرى).
تدريع النيازك الدقيقة.
آثار الفراغ الصلب على مواد البناء (أي الغاز خارج).
تلوث الغبار القمري.
تدرجات حرارة شديدة.

بالإضافة إلى معالجة هذه القضايا ، يجب أن تكون الهياكل القمرية سهلة الصيانة وغير مكلفة وسهلة البناء ومتوافقة مع الموائل / الوحدات / المركبات القمرية الأخرى. لتحقيق بناء غير مكلف ، يجب استخدام أكبر قدر ممكن من المواد المحلية. يمكن أن تكون المواد الخام للبناء غير المكلفة هي الكميات الوفيرة من الأسلاف التي يمكن الوصول إليها بسهولة على سطح القمر.

كما اتضح ، يحتوي regolith القمري على العديد من الخصائص المفيدة للبناء على القمر. لتكملة الخرسانة القمرية (كما تم تقديمه سابقًا في الجزء 2) ، قد يتم تشكيل هياكل البناء الأساسية من regolith. ريجوليث المصبوب سيكون مشابهًا جدًا للبازلت المصبوب الأرضي. تم إنشاؤه عن طريق ذوبان regolith في قالب والسماح له بالتبريد ببطء سيسمح بتكوين هيكل بلوري ، مما يؤدي إلى مكونات بناء شديدة الضغط وشد معتدل. سيؤدي الفراغ العالي على القمر إلى تحسين عملية تصنيع المادة بشكل كبير. لدينا أيضًا تجربة هنا على الأرض في كيفية إنشاء البازلت المصبوب ، لذا فهذه ليست طريقة جديدة وغير مجربة. يمكن تصنيع أشكال الموائل الأساسية باستخدام القليل من التحضير للمواد الخام. يمكن تصنيع عناصر مثل العوارض والأعمدة والألواح والأغلفة وأجزاء القوس والكتل والأسطوانات ، لكل عنصر عشرة أضعاف قوة الانضغاط والشد للخرسانة.

هناك العديد من المزايا لاستخدام regolith المدلى بها. في المقام الأول ، فهي قاسية للغاية ومقاومة للتآكل بفعل الغبار القمري. يمكن أن تكون المادة المثالية لتمهيد مواقع إطلاق الصواريخ القمرية وبناء دروع حطام حول منصات الهبوط. يمكن أن يجعل أيضًا حماية مثالية ضد النيازك الدقيقة والإشعاع.

حسنًا ، لدينا الآن مواد بناء أساسية من مواد محلية تتطلب الحد الأدنى من الإعداد. ليس من الصعب للغاية أن نتخيل أنه يمكن أتمتة عملية التصنيع المصبوب regolith. قبل أن يصطاد الإنسان حتى قدمه على القمر ، يمكن إنشاء قذيفة موطن مضغوطة أساسية ، في انتظار الاحتلال.

ولكن ما هو حجم الموائل؟ هذا سؤال صعب للغاية للإجابة عليه ، لكن النتيجة هي أنه إذا كان أي موئل قمري سيُشغل لفترات طويلة ، فيجب أن يكون مريحًا. في الواقع ، هناك مبادئ توجيهية لوكالة ناسا تنص على أنه بالنسبة للبعثات التي تزيد مدتها عن أربعة أشهر ، فإن الحد الأدنى يجب أن يكون الحجم المطلوب من قبل كل فرد 20 م على الأقل³ (من تكامل أنظمة NASA Man
المعايير ، وكالة ناسا STD3000 ، في حال كنت تتساءل). قارن بين احتياجات الإقامة الطويلة الأمد على القمر ومهمات الجوزاء قصيرة المدى في منتصف الستينيات (في الصورة). كان الحجم الصالح للسكن لكل فرد في الجوزاء 0.57 م³... لحسن الحظ كانت هذه الغزوات المبكرة في الفضاء قصيرة. على الرغم من لوائح وكالة ناسا ، فإن الحجم الموصى به لكل عضو طاقم هو 120 م³، تقريبًا نفس مساحة المعيشة في محطة الفضاء الدولية. ستكون هناك حاجة إلى مساحة مماثلة داخل الموائل المستقبلية على القمر من أجل رفاهية الطاقم ونجاح المهمة.

من هذه المبادئ التوجيهية ، يمكن لمصممي الموائل العمل على أفضل طريقة لإنشاء هذا الحجم الحي. من الواضح أنه يجب تحسين مساحة الأرضية وارتفاع الموائل ووظيفتها ، بالإضافة إلى مساحة للمعدات ودعم الحياة والتخزين يجب أن تؤخذ بعين الاعتبار. من منشور بعنوان "التصميم الهيكلي لموئل القمر"(مجلة هندسة الفضاء ، 2006) ، يعتبر شكل" حظيرة "نصف دائري (في الصورة).

شكل القوس الحامل هو حليف وثيق للمهندسين الإنشائيين ، ومن المتوقع أن تكون الأقواس مكونًا رئيسيًا لتصميم الموائل حيث يمكن توزيع الضغوط الهيكلية بالتساوي. بالطبع ، يجب اتخاذ القرارات المعمارية مثل استقرار المادة الأساسية وزاوية المنحدر أثناء بناء أسس الموائل ، ولكن من المتوقع أن يعالج هذا التصميم العديد من القضايا المرتبطة بالبناء القمري.

يأتي الضغط الأكبر على تصميم "حظيرة الطائرات" من الضغط الداخلي الذي يتصرف إلى الخارج ، وليس من الجاذبية التي تعمل إلى أسفل. نظرًا لأن الموطن الداخلي يجب أن يتم الاحتفاظ به عند ضغوط أرضية ، فإن التدرج الضغط من الداخل إلى الفراغ من الخارج سيؤدي إلى ضغط كبير على البناء. هذا هو المكان الذي يصبح فيه قوس الحظيرة ضروريًا ، ولا توجد زوايا ، وبالتالي لا يمكن أن تؤدي البقع الضعيفة إلى تدهور السلامة.

يتم أخذ العديد من العوامل في الاعتبار ، والتي تتضمن بعض حسابات الإجهاد والتوتر المعقدة ، ولكن الوصف أعلاه يعطي مذاقًا لما يجب على المهندسين الإنشائيين مراعاته. من خلال بناء موطن جامد من ريكوليث المصبوب ، يمكن بناء كتل البناء لبناء مستقر. لمزيد من الحماية من الإشعاع الشمسي والنيازك الدقيقة ، يمكن بناء هذه الموائل المقوسة جنبًا إلى جنب ، مترابطة. بمجرد بناء سلسلة من الغرف ، يمكن وضع regolith فضفاضة في الأعلى. كما سيتم تحسين سماكة regolith المدلى بها بحيث يمكن لكثافة المواد المصنعة توفير حماية إضافية. ربما يمكن وضع بلاطات كبيرة من الأرائك المسطحة في الأعلى.

بمجرد إنشاء وحدات الموائل الأساسية ، يمكن أن يبدأ تخطيط المستوطنة. سيكون "تخطيط المدينة" القمري مهمة معقدة أخرى ويجب النظر في العديد من تكوينات الوحدات. يتم تمييز خمسة تكوينات رئيسية للوحدة النمطية: خطي ، فناء ، شعاعي ، متفرع وكتلة.

تعتمد البنية التحتية للمستوطنة القمرية المستقبلية على العديد من العوامل ، ومع ذلك ، وستستمر في الدفعة التالية.