달 기초 만들기 : 3 부-구조 설계

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첫 달 기지를 건설하는 것은 인류가 시작한 가장 큰 도전이 될 것입니다. 우리는 이미 달 표면의 인간 존재와 관련된 자연 및 인공 위험에 대해 추측 할 수 있습니다. 이에 대응하여, 우리는 이미 팽창 식 구조물부터 고대 용암 통풍구 내부의 지하 굴까지 다양한 서식지 구조를 염두에두고 있습니다. 이제 우리는 첫 번째 서식지 구조를 설계하고 미세 석회석으로부터 우리를 보호하고 지상 압력을 유지하며 우리가 할 수있는 현지 채굴 된 재료를 사용하기 시작했습니다.

이“달 기지 만들기”시리즈의 1 부에서, 우리는 다른 행성에 기지를 짓는 것과 관련하여보다 명백한 위험을 살펴 보았습니다. Part 2에서는 달의 첫 유인 서식지에 대한 현재 디자인 개념 중 일부를 살펴 보았습니다. 디자인은 팽창 식 구조물, 지구 궤도에 건설되어 달 표면에 떠 다닐 수있는 서식지, 표면 아래에있는 고대 용암 튜브에서 움푹 들어간 기저에 이르기까지 다양했습니다. 모든 개념에는 장점이 있지만 가장 중요한 기능은 공기 압력을 유지하고 최악의 상황에서 치명적인 손상의 위험을 줄이는 것입니다. 이 시리즈의 세 번째 작품은 공간을 최적화하고 로컬 채굴 된 재료를 최대한 활용하며 미세한 운석의 지속적인 위협으로부터 보호 할 수있는 달 기반의 기본 설계를 다룹니다.

“달 기지 만들기”는 Haym Benaroya와 Leonhard Bernold (“음력 공학“)

달의 서식지 구조 설계에 영향을 미치는 주요 요인은 다음과 같습니다.

지상 육 중력
높은 내부 기압 (인공 통기성 유지).
방사선 차폐 (태양 및 기타 우주 광선).
미세 석회 차폐.
건축 자재에 대한 강한 진공 효과 (예 : 가스 발생).
달 먼지 오염.
심한 온도 변화.

이러한 문제를 해결하는 것 외에도, 음력 구조는 유지 관리가 쉽고, 저렴하며, 구성하기 쉽고 다른 음력 서식지 / 모듈 / 차량과 호환되어야합니다. 저렴한 시공을 위해서는 가능한 한 많은 지역 재료를 사용해야합니다. 저렴한 구성을위한 원료는 달 표면에서 쉽게 접근 할 수있는 많은 양의 regolith 일 수 있습니다.

결과적으로, 달의 regolith는 달 건설에 유용한 특성을 많이 가지고 있습니다. 달 콘크리트를 보완하기 위해 2 부), 기본 건물 구조는 캐스트 레골리스로 형성 될 수있다. 캐스트 레골리스는 지상 캐스트 현무암과 매우 유사합니다. 몰드에서 regolith를 녹여서 천천히 식히면 결정 구조가 형성되어 압축성이 높고 적당히 인장력이있는 건축 구성 요소가됩니다. 달의 높은 진공은 재료의 제조 공정을 크게 향상시킵니다. 우리는 또한 지구에서 주조 현무암을 만드는 방법에 대한 경험이 있으므로 테스트되지 않은 새로운 방법이 아닙니다. 기본 서식지 형태는 원료 준비가 거의없이 제조 될 수 있습니다. 빔, 기둥, 슬래브, 쉘, 아치 세그먼트, 블록 및 실린더와 같은 요소를 제작할 수 있으며, 각 요소는 콘크리트의 압축 및 인장 강도의 10 배입니다.

캐스트 regolith를 사용하면 많은 이점이 있습니다. 주로, 그것은 달의 먼지에 의한 침식에 매우 강하고 저항력이 있습니다. 달 로켓 발사 장소를 포장하고 랜딩 패드 주변의 파편 보호막을 만드는 데 이상적인 재료가 될 수 있습니다. 또한 미세 운석과 방사선에 대한 이상적인 차폐를 만들 수 있습니다.

이제 현지 재료로 된 기본 건축 자재가 준비되었으므로 최소한의 준비가 필요합니다. 캐스트 레골리스 제작 과정이 자동화 될 수 있다고 상상하기는 어렵지 않습니다. 인간이 달에 발을 딛기 전에, 직업을 기다리는 기본적인 가압 된 서식지 껍질을 만들 수있었습니다.

그러나 서식지는 얼마나 커야합니까? 이것은 대답하기가 매우 어려운 질문이지만, 어떤 달의 서식지가 오랫동안 점령되면 편안해야한다는 결론이 나옵니다. 실제로, 4 개월 이상의 임무에 대해 NASA 지침은 최저한의 각 개인이 요구하는 볼륨은 20m 이상이어야합니다³ (NASA Man Systems 통합에서
궁금한 경우 NASA STD3000 표준). 1960 년대 중반 달의 장기 거주지 요구와 단기 쌍둥이 자리 미션을 비교하십시오.사진). 쌍둥이 자리의 승무원 당 거주 가능한 양은 아늑한 0.57m였습니다³운 좋게도 우주로의이 초기 진출은 짧았습니다. NASA 규정에도 불구하고 승무원 당 권장량은 120m입니다.³국제 우주 정거장의 생활 공간과 거의 동일합니다. 승무원 복지와 임무 성공을 위해 달의 미래 서식지 안에 비슷한 공간이 필요합니다.

이 가이드 라인을 통해 서식지 설계자는이 살아있는 볼륨을 만드는 가장 좋은 방법을 연구 할 수 있습니다. 분명히, 바닥 공간, 서식지 높이 및 기능이 최적화되어야하고 장비, 생활 지원 및 보관 공간도 고려되어야합니다. F. Ruess, J. Schennezlin 및 H. Benaroya의 기본 서식지 설계에서 제목이 ""인 간행물에서음력 서식지의 구조 설계”(Journal of Aerospace Engineering, 2006), 반원형의 "hangar"모양이 고려됩니다 (사진).

하중지지 아치의 형태는 구조 엔지니어에게 밀접한 동맹이며, 구조 응력이 고르게 분포 될 수 있기 때문에 아치는 서식지 설계의 주요 구성 요소가 될 것으로 예상됩니다. 물론, 서식지 기초를 구축하는 동안 기초 재료의 안정성 및 경사각과 같은 건축 결정이 이루어져야하지만,이 설계는 달 건설과 관련된 많은 문제를 해결할 것으로 예상됩니다.

"hangar"설계에 대한 가장 큰 스트레스는 중력이 아래쪽으로 작용하지 않고 내부 압력으로 인해 발생합니다. 서식지 내부는 지상 압력으로 유지되어야하므로, 내부에서 외부의 진공까지의 압력 구배는 건축에 큰 부담을 줄 것입니다. 격납고의 아치가 필수적이되는 곳이며, 모서리가 없기 때문에 약점은 무결성을 떨어 뜨릴 수 없습니다.

복잡한 응력 및 변형 계산과 관련하여 더 많은 요소가 고려되지만, 위의 설명은 구조 엔지니어가 고려해야 할 사항에 대한 맛을 보여줍니다. 캐스트 레골리스 (cast regolith)로부터 단단한 서식지를 구성함으로써 안정적인 구조를위한 빌딩 블록을 만들 수 있습니다. 태양 복사 및 미세 석회석으로부터의 추가적인 보호를 위해 이러한 아치형 서식지는 나란히 상호 연결될 수 있습니다. 일련의 챔버가 구축되면 느슨한 리골리스가 맨 위에 놓일 수 있습니다. 캐스트 레골리스의 두께는 또한 제조 된 재료의 밀도가 추가적인 보호를 제공 할 수 있도록 최적화 될 것이다. 아마도 캐스트 레골리스의 큰 석판이 위에 쌓여있을 수 있습니다.

기본 서식지 모듈이 구성되면 결제 레이아웃을 시작할 수 있습니다. 음력“도시 계획”은 또 다른 복잡한 작업이 될 것이며 많은 모듈 구성을 고려해야합니다. 선형, 안뜰, 방사형, 분기 및 클러스터의 5 가지 주요 모듈 구성이 강조 표시됩니다.

미래의 달의 정착지의 인프라는 많은 요소에 의존하지만 다음 단계에서 계속 될 것입니다.