AY ÜSSü İNŞA ETMEK: BöLüM 3 - YAPISAL TASARIM

Send

İlk Ay üssünü inşa etmek, insanlığın uğraştığı en büyük zorluk olacaktır. Ay yüzeyindeki bir insan varlığı ile ilişkili doğal ve insan yapımı tehlikeler hakkında spekülasyon yapabiliriz. Buna karşılık, halihazırda akılda kalan bazı habitat yapılarımız var - şişirilebilir yapılardan eski lav deliklerindeki yeraltı yuvalarına kadar. Şimdi ilk habitat yapımızı tasarlamaya, bizi mikrometeoritlerden korumaya, karasal baskıları sürdürmeye ve yapabileceğimiz yerel madencilik malzemelerini kullanmaya başlamanın zamanı geldi ...

Bu “Bir Ay Üssü İnşa Et” serisinin 1. Bölümünde, başka bir gezegende bir üs inşa etmekle ilgili daha belirgin tehlikelere baktık. Bölüm 2'de, Ay'daki ilk insanlı yaşam alanı için mevcut tasarım konseptlerinden bazılarını araştırdık. Tasarımlar, şişme yapılardan, Dünya yörüngesinde inşa edilebilen ve ay yüzeyine yüzen habitatlardan, yüzeyin altındaki eski lav tüplerinden oyulmuş tabanlara kadar uzanıyordu. Tüm kavramların avantajları vardır, ancak birincil işlev hava basıncını korumak ve en kötüsü gerçekleşirse felaket hasarı riskini azaltmak olmalıdır. Serinin bu üçüncü bölümü, alanı optimize eden, yerel olarak mayınlı malzemelerin maksimum kullanımını sağlayan ve sürekli mikrometeorit tehdidine karşı koruma sağlayan olası bir ay tabanının temel tasarımı ile ilgileniyor…

“Ay Üssü İnşa Etmek” Haym Benaroya ve Leonhard Bernold (“Ay bazlarının mühendisliği“)

Ay'da yaşam alanlarının yapısal tasarımlarını etkileyen anahtar faktörler şunlardır:

Altıncı karasal yerçekimi.
Yüksek iç hava basıncı (insan nefes alabilen atmosferi korumak için).
Radyasyon kalkanı (Güneş ve diğer kozmik ışınlardan).
Mikrometeorit kalkanı.
Yapı malzemeleri üzerindeki sert vakum etkileri (yani gaz çıkışı).
Ay tozu kontaminasyonu.
Şiddetli sıcaklık gradyanları.

Bu konuları ele almanın yanı sıra, ay yapılarının bakımı kolay, ucuz, inşa edilmesi kolay ve diğer ay yaşam alanları / modülleri / araçları ile uyumlu olmalıdır. Ucuz bir konstrüksiyon elde etmek için mümkün olduğunca çok yerel malzeme kullanılmalıdır. Ucuz inşaat için hammadde, ay yüzeyinde kolayca erişilebilen bol miktarda regolit olabilir.

Görünüşe göre, ay regoliti, Ay'da inşaat için birçok yararlı özelliğe sahiptir. Ay betonunu tamamlamak için (daha önce tanıtıldığı gibi) Bölüm 2) temel yapı yapıları döküm regolitinden oluşturulabilir. Dökme regoliti, karasal döküm bazaltına çok benzer olacaktır. Bir kalıpta regolitin eritilmesi ve yavaşça soğumasına izin verilmesi, kristalin bir yapının oluşmasına izin vererek yüksek derecede sıkıştırıcı ve orta derecede çekme yapı bileşenleri ile sonuçlanacaktır. Ay'daki yüksek vakum, malzemenin üretim sürecini büyük ölçüde artıracaktır. Ayrıca burada dökme bazaltın nasıl oluşturulacağı konusunda deneyime sahibiz, bu yüzden bu yeni ve test edilmemiş bir yöntem değil. Temel habitat şekilleri, hammaddelerin çok az hazırlanmasıyla üretilebilir. Kirişler, kolonlar, levhalar, mermiler, kemer parçaları, bloklar ve silindirler gibi elemanlar imal edilebilir, her eleman betonun basınç ve çekme dayanımının on katına sahiptir.

Dökme regolit kullanmanın birçok avantajı vardır. Öncelikle, çok tozlu ve ay tozuyla erozyona dayanıklıdır. Ay roketi fırlatma alanlarını döşemek ve iniş pedlerini çevreleyen enkaz kalkanları inşa etmek için ideal bir malzeme olabilir. Ayrıca mikrometeoritlere ve radyasyona karşı ideal koruma sağlayabilir.

Tamam, şimdi asgari hazırlık gerektiren yerel malzemeden temel yapı malzemelerine sahibiz. Dökme regolit işleminin otomatikleştirilebileceğini hayal etmek çok zor değil. Ay'da bir insan bile ayağa kalkmadan önce, işgali bekleyen temel, basınçlı bir habitat kabuğu oluşturulabilir.

Peki habitat ne kadar büyük olmalı? Bu cevaplanması çok zor bir soru, ancak sonuç olarak, herhangi bir ay yaşam alanı uzun süre işgal edilecekse, rahat olması gerekecek. Aslında, NASA'nın dört aydan uzun görevler için asgari her bireyin ihtiyaç duyduğu hacim en az 20m olmalıdır³ (NASA Man Systems Integration'dan
Standartlar, NASA STD3000, merak ediyorsanız). 1960'lı yılların ortalarında kısa süreli İkizler misyonlarıyla Ay'da uzun vadeli yerleşim ihtiyaçlarını karşılaştırın (resimde görülen). Gemini'de mürettebat başına yaşanabilir hacim rahat 0.57m idi³Neyse ki uzaya giden bu erken baskınlar kısaydı. NASA düzenlemelerine rağmen, mürettebat başına önerilen hacim 120 metredir³Uluslararası Uzay İstasyonu'ndaki yaşam alanı ile hemen hemen aynı. Mürettebatın refahı ve görev başarısı için Ay'ın gelecekteki yaşam alanlarında benzer bir alan gerekecektir.

Bu kılavuzlardan, habitat tasarımcıları bu yaşam hacmini en iyi nasıl oluşturacakları üzerinde çalışabilirler. Açıkçası, taban alanı, habitat yüksekliği ve işlevselliğinin optimize edilmesi gerekecek, ayrıca ekipman, yaşam desteği ve depolama alanı da hesaba katılmalıdır. F. Ruess, J. SchÃ¤nzlin ve H. Benaroya'nın temel bir habitat tasarımında “Ay habitatının yapısal tasarımı”(Havacılık ve Uzay Mühendisliği Dergisi, 2006), yarı dairesel,“ hangar ”şeklinde düşünülmektedir (resimde görülen).

Yük taşıyan bir kemerin şekli, yapısal mühendisler için yakın bir müttefiktir ve yapısal stresler eşit olarak dağıtılabildiği için kemerlerin habitat tasarımı için önemli bir bileşen olması beklenmektedir. Tabii ki, habitat temellerini inşa ederken altta yatan malzemenin stabilitesi ve eğim açısı gibi mimari kararların alınması gerekecektir, ancak bu tasarımın ay yapımı ile ilgili birçok konuyu ele alması beklenmektedir.

“Hangar” tasarımı üzerindeki en büyük stres, aşağı doğru hareket eden yerçekiminden değil, dışa doğru hareket eden iç basınçtan kaynaklanacaktır. Habitat iç mekanının karasal basınçlarda tutulması gerekeceğinden, iç mekandan dış mekânın vakumuna kadar olan basınç gradyanı inşaat üzerinde büyük bir baskı yaratacaktır. Burası hangarın kemerinin gerekli hale geldiği, köşelerin olmadığı ve dolayısıyla zayıf noktaların bütünlüğünü bozamaz.

Bazı karmaşık gerilme ve gerinim hesaplamaları içeren daha birçok faktör göz önünde bulundurulur, ancak yukarıdaki açıklama yapısal mühendislerin neyi göz önünde bulundurması gerektiğine dair bir zevk verir. Döküm regolitinden sert bir yaşam alanı inşa ederek, istikrarlı bir yapı için yapı taşları inşa edilebilir. Güneş radyasyonu ve mikrometeoritlerden daha fazla koruma için, bu kemerli habitatlar birbirine bağlı olarak yan yana inşa edilebilir. Bir dizi oda inşa edildiğinde, üstüne gevşek regolit döşenebilir. Dökme regolitinin kalınlığı da imal edilecek malzemenin yoğunluğu ekstra koruma sağlayabilecek şekilde optimize edilecektir. Belki de büyük dökme regolit plakaları üstte katmanlanabilir.

Temel habitat modülleri inşa edildikten sonra, yerleşimin düzeni başlayabilir. Ay “şehir planlaması” başka bir karmaşık görev olacaktır ve birçok modül yapılandırması göz önünde bulundurulmalıdır. Beş ana modül yapılandırması vurgulanmıştır: Doğrusal, Avlu, Radyal, Dallanma ve Küme.

Bununla birlikte, gelecekteki ay yerleşiminin altyapısı birçok faktöre bağlıdır ve bir sonraki taksitte devam edecektir.