Costruire la prima base lunare sarà la più grande sfida che l'umanità abbia mai intrapreso. Possiamo già speculare sui pericoli, naturali e artificiali, associati a una presenza umana sulla superficie lunare. In risposta, abbiamo già in mente alcune strutture di habitat, che vanno dalle strutture gonfiabili alle tane sotterranee all'interno delle antiche prese d'aria di lava. Ora è tempo che iniziamo seriamente a progettare la nostra prima struttura di habitat, proteggendoci dalle micrometeoriti, sostenendo le pressioni terrestri e utilizzando materiali estratti localmente dove possiamo ...
Nella parte 1 di questa serie "Costruire una base lunare", abbiamo esaminato alcuni dei rischi più evidenti associati alla costruzione di una base su un altro pianeta. Nella parte 2, abbiamo esplorato alcuni degli attuali concetti di design per il primo habitat con equipaggio sulla Luna. I disegni variavano da strutture gonfiabili, habitat che potevano essere costruiti in orbita terrestre e galleggiavano sulla superficie lunare, a basi scavate da antichi tubi di lava sotto la superficie. Tutti i concetti hanno i loro vantaggi, ma la funzione principale deve essere quella di mantenere la pressione dell'aria e ridurre il rischio di danni catastrofici nel caso si verifichi il peggio. Questa terza puntata della serie si occupa della progettazione di base di una possibile base lunare che ottimizza lo spazio, sfrutta al massimo i materiali estratti localmente e protegge dalla costante minaccia dei micrometeoriti ...
"Building a Moon Base" si basa sulla ricerca di Haym Benaroya e Leonhard Bernold ("Ingegneria delle basi lunari“)
I fattori chiave che influenzano i progetti strutturali degli habitat sulla Luna sono:
- Un sesto gravità terrestre.
- Alta pressione interna dell'aria (per mantenere l'atmosfera traspirante).
- Protezione dalle radiazioni (dal sole e da altri raggi cosmici).
- Schermatura in micrometeorite.
- Effetti del vuoto duro sui materiali da costruzione (es. Fuoriuscita di gas).
- Contaminazione da polvere lunare.
- Gravi gradienti di temperatura.
Oltre ad affrontare questi problemi, le strutture lunari devono essere facili da mantenere, economiche, facili da costruire e compatibili con altri habitat / moduli / veicoli lunari. Per ottenere una costruzione economica, è necessario utilizzare quanto più materiale locale possibile. La materia prima per la costruzione economica potrebbe essere la quantità abbondante di regolite facilmente accessibile sulla superficie lunare.
A quanto pare, la regolite lunare ha molte proprietà utili per la costruzione sulla Luna. Per completare il calcestruzzo lunare (come introdotto in precedenza in Parte 2), le strutture edilizie di base possono essere formate da regolite di fusione. Cast regolith sarebbe molto simile al cast basalto terrestre. Creato fondendo la regolite in uno stampo e lasciandolo raffreddare lentamente, si formerebbe una struttura cristallina, dando luogo a componenti costruttivi altamente compressivi e moderatamente tesi. L'alto vuoto sulla Luna migliorerebbe notevolmente il processo di fabbricazione del materiale. Abbiamo anche esperienza qui sulla Terra su come creare il basalto fuso, quindi questo non è un metodo nuovo e non testato. Le forme di habitat di base potrebbero essere prodotte con poca preparazione delle materie prime. Elementi come travi, colonne, lastre, conchiglie, segmenti di arco, blocchi e cilindri potrebbero essere fabbricati, ogni elemento con una resistenza alla compressione e alla trazione dieci volte maggiore del calcestruzzo.
Ci sono molti vantaggi nell'uso del cast regolith. In primo luogo, è molto duro e resistente all'erosione da polvere lunare. Potrebbe essere il materiale ideale per pavimentare siti di lancio di missili lunari e costruire scudi di detriti che circondano le piattaforme di atterraggio. Potrebbe anche rendere la protezione ideale contro micrometeoriti e radiazioni.
OK, ora abbiamo forniture edili di base, da materiale locale, che richiedono una preparazione minima. Non è troppo difficile immaginare che il processo di fabbricazione del cast regolith possa essere automatizzato. Prima che un umano mettesse piede sulla Luna, si poteva creare un guscio di habitat di base, pressurizzato, in attesa di occupazione.
Ma quanto dovrebbe essere grande l'habitat? Questa è una domanda molto difficile a cui rispondere, ma il risultato è che se un habitat lunare sarà occupato per lunghi periodi, dovrà essere comodo. In effetti, ci sono linee guida della NASA che affermano che, per missioni di durata superiore a quattro mesi, il minimo il volume richiesto da ciascun individuo dovrebbe essere di almeno 20 m3 (dalla NASA Man Systems Integration
Standard, NASA STD3000, nel caso te lo stessi chiedendo). Confronta le esigenze dell'abitazione a lungo termine sulla Luna con le missioni Gemelli a breve termine a metà degli anni '60 (Nella foto). Il volume abitabile per membro dell'equipaggio in Gemelli era un accogliente 0,57 m3... fortunatamente queste prime incursioni nello spazio erano brevi. Nonostante le normative della NASA, il volume raccomandato per membro dell'equipaggio è di 120m3, approssimativamente uguale allo spazio abitativo sulla Stazione Spaziale Internazionale. Uno spazio simile sarà richiesto all'interno dei futuri habitat sulla Luna per il benessere dell'equipaggio e il successo della missione.
Da queste linee guida, i progettisti dell'habitat possono lavorare sul modo migliore per creare questo volume vivente. Ovviamente, lo spazio sul pavimento, l'altezza dell'habitat e la funzionalità dovranno essere ottimizzati, oltre allo spazio per le attrezzature, il supporto vitale e lo stoccaggio dovranno essere presi in considerazione. In un progetto di habitat di base di F. Ruess, J. Schänzlin e H. Benaroya da una pubblicazione intitolata "Progettazione strutturale di un habitat lunare"(Journal of Aerospace Engineering, 2006), viene considerata una forma semicircolare di" hangar "(Nella foto).
La forma di un arco portante è un alleato stretto per gli ingegneri strutturali e ci si aspetta che gli archi siano un componente importante per la progettazione dell'habitat poiché le tensioni strutturali possono essere distribuite uniformemente. Naturalmente, le decisioni architettoniche come la stabilità del materiale sottostante e l'angolo di pendenza dovrebbero essere prese durante la costruzione delle basi dell'habitat, ma questo progetto dovrebbe affrontare molti dei problemi associati alla costruzione lunare.
Lo stress maggiore sul design dell '"hangar" verrà dalla pressione interna che agisce verso l'esterno e non dalla gravità che agisce verso il basso. Poiché l'interno dell'habitat dovrà essere tenuto a pressioni terrestri, il gradiente di pressione dall'interno al vuoto dell'esterno eserciterebbe una grande tensione sulla costruzione. È qui che l'arco dell'hangar diventa essenziale, non ci sono angoli e quindi nessun punto debole può degradare l'integrità.
Vengono considerati molti altri fattori, che comportano alcuni calcoli complessi di sollecitazione e deformazione, ma la descrizione di cui sopra dà un assaggio di ciò che gli ingegneri strutturali devono considerare. Costruendo un habitat rigido in ghisa regolite, è possibile costruire i mattoni per una costruzione stabile. Per una maggiore protezione dalle radiazioni solari e dai micrometeoriti, questi habitat ad arco potrebbero essere costruiti fianco a fianco, interconnessi. Una volta che sono state costruite una serie di camere, è possibile posare la regolite libera. Lo spessore del castone regolato sarà anche ottimizzato in modo che la densità del materiale fabbricato possa fornire una protezione aggiuntiva. Forse grandi lastre di castone regolite potrebbero essere sovrapposte.
Una volta costruiti i moduli di base dell'habitat, può iniziare il layout dell'insediamento. La "pianificazione urbana" lunare sarà un altro compito complesso e molte configurazioni di moduli devono essere prese in considerazione. Sono evidenziate cinque configurazioni principali del modulo: lineare, cortile, radiale, diramazione e cluster.
L'infrastruttura del futuro insediamento lunare dipende tuttavia da molti fattori e continuerà nella prossima puntata.
- Costruire una base lunare: parte 1 - Sfide e pericoli
- Costruire una base lunare: parte 2 - Concetti dell'habitat
- Costruire una base lunare: parte 3 - Progettazione strutturale
- Costruire una base lunare: parte 4 - Infrastrutture e trasporti
"Building a Base Moon" si basa sulla ricerca di Haym Benaroya e Leonhard Bernold ("Ingegneria delle basi lunari“)
Articolo basato sull'opera pubblicata da Haym Benaroya e Leonhard Bernold: "Ingegneria delle basi lunari"
