月球上的充气城堡: 充气栖息地是月球基地初始的最好容貌

发布日期:2022-09-11 15:08    点击次数:157

月球上的充气城堡: 充气栖息地是月球基地初始的最好容貌

在将来的十年里,全寰宇多个航天机构将自阿波罗期间以来初次将宇航员奉上月球。除了美国国度航空航天局(NASA)、欧洲航天局(ESA)、中国和俄罗斯航天局(Roscosmos)除外,SpaceX 和 Blue Origin 等买卖天外实体也但愿在发展我方的私人企业的同期,开展营救人类探索的旧例任务。跟着时辰的推移,这项活动可能会激励永远性基础设施的配置、人类的按期存在,以及月球经济的出现。然则,对于人类将如安在月球要求下活命以及需要什么类型的设施,仍然存在很多问题。

为此,奥地利的充气结构内行 Pneumocell 最近进行了一项接头,以坚信轻量级预制结构是否是一个相宜的选拔。凭据这项接头,一系列甜甜圈体式的充气结构,不错以较低的资本被输送到月球,然后在那儿充气。这些栖息地将部分埋在月球风化层下,周围有太阳能反射镜,不错将阳光班师射入它们的温室。这种“充气月球居所”为在月球上配置容身点提供了一种经济实惠、高度自力新生的容貌。

这项接头由 Pneumocell 公司首席施行官托马斯·赫齐格(Thomas Herzig)素养,他是一位奥地利建筑师,擅长为顶点环境设想自力新生的栖息地。加入接头团队的还有匈牙利德布勒森大学的实验物理学家加博尔·比哈里(Gabor Bihari)和奥地利科学院(OeAW)的接头员诺伯特·科尔梅(Norbert Kömle)博士。该接头是在 Pneumocell 公司向欧洲航天局 (ESA) 的绽放空间立异平台(OSIP)提交“充气月球栖息地”的目的后,于 2021 年至 2022 年进行的。

这项接头得到了欧空局“发现与准备”技俩的营救,该技俩对新任务看法进行设想可行性接头,并匡助欧空局制定探索政策。这项接头的指标是开荒一个不错期骗月球资源的月球栖息地的设想,即原地资源期骗(ISRU),并结束自力新生。这一看法可归结为三个主要步调,包括:

预制超轻型充气结构。

在结构上秘籍一层风化层以灵验反抗顶点温度、陨石和天地辐射。

期骗“向日葵”镜子将阳光班师射入温室。在昏黑本事,电力由电板和/或燃料电板提供。

这些预制结构将被输送到月球着陆点,在那儿它们将被充气并秘籍在4到5米的疏松风化层中。在每个栖息地的上方,将诞生起一个桁架,以容纳一个设想用来奴隶太阳穿过天际的反射膜。镜子自己由镀银的卡普顿(Kapton)组成,这是一种聚酰亚胺薄膜,冒昧承受顶点温度和振动。这些阳光直射到栖息地,锥形镜子将阳光反射到周围的温室中。

到达那儿

预制结构的轻质和模块化结构,使其运载到月球相配合算。在此基础上,Pneumocell 公司首席施行官托马斯·赫齐格和他的共事们分析了模块和宇航员可能的运载容貌(基于现存或谋略中的航天器)。诚然它们标明,SpaceX 的星际飞船将冒昧将通盘必要的组件输送到月球,但辐照办事也不错由阿丽亚娜-64这么的袖珍火箭提供。阿丽亚娜-64是阿丽亚娜6号的修订版,有四个固体火箭助推器。

这将与欧洲大型后勤着陆器(EL3)配对,这是一个谋略中的飞行器,旨在完成欧洲航天局建议的多种类型的月球任务。他们还默示,结束充气月球栖息地不需要月球流派,尽管它可能是任务的一部分。现在,美国宇航局谋略在2024年之前将“流派”的中枢部件 —— 能源和鼓吹元件(PPE)以及“栖息地和后勤前站”(HALO)—— 送往月球,并与SpaceX公司订立了公约,由其提供猎鹰重型火箭的辐照办事。

栖息地选址

自然,地方选拔必须在职何任务辐照前进行。因此,托马斯·赫齐格和他的共事们领先沟通的是月球南北极隔壁的最好地方。这项接头使用了美国宇航局月球勘察轨道飞行器(LRO)的数据,以及基于畴前月球地质接头的照明模子(Glaser et al. 2015、2018)。他们坚信了两个最好位置,即南极隔壁沙克尔顿(Shackleton)陨石坑和德格拉什(de Gerlache)陨石坑之间的 C1“聚会脊”,以及北极隔壁欣谢尔伍德(Hinshelwood)陨石坑边际隔壁的 H0 区域。

这些地方提供了最好的照明要求,况兼齐集永远暗影区域(PSRs)或火山口底部,不错赢得丰富的近地表水冰。这与美国宇航局最近坚信的阿耳特弥斯III号任务的13个潜在着陆点的名单是一致的(其中包括沙克尔顿陨石坑的边际,这是基于LRO的数据)。然则,托马斯·赫齐格和他的共事指出,地形可能过于陡峻和潦倒,而且大地可能存在机械不确认。

接头小组还凭据这些地方收受太阳照耀的情况对其进行了评估,在名义和太阳镜的高度永别创建了10米和20米的照明剖面。他们贪图出,在北极的 H0 站点,最长的不终止全都昏黑的时辰是11天,而在南极的C1站点,只须4天。在这两种沟通之间,北极的地方在结构上似乎更合理,而南部的地方提供了更好的契机,更好的照明。

月球栖息地

每个栖息地都由房间模块组成,不错与其他房间模块聚会,以延迟栖息地,并加多使命人员的总容量。对于建筑材料,该团队接头了几种可能性,并建议使用碳纤维增强团员物(CFRP)。他们至极推选使用热塑性聚氨酯(TPU)或聚酯薄膜(Mylar)来制作栖息地墙壁,用Dyneema(一种由聚乙烯层压在两片聚酯之间的复合材料)来制作复旧镜子的管子。

上图:此处显现的是 Artemis III 的 13 个候选着陆区域的渲染图。

主要模块是环形(甜甜圈状)温室,其走廊直径为5.2米,总直径为22.2米。这些温室通过纯粹系统聚会,附加的模块(活命区和使命区)聚会到它们的外部。该团队建议从一个温室初始,并跟着时辰的推移添加稀奇的模块,以结束以下架构:

咱们建议配置一个由16个温室单位组成的“墟落”,这些温室单位呈双线性陈列,以减少太阳沿月球地平线移动时镜塔之间的相互暗影。温室、活命区和陆续的纯粹都是由双层充气薄膜制成的,而承载表层镜子的塔楼是由碳纤维管组成的低分量建筑。此外,走廊的冗余使各部分保持聚会,即使某些部分在事故中被败坏。

为了简约分量,通盘的镜子都由镀银箔制成,通过静电充电障碍成正确的体式。这期骗了月球风化层的一个重要特征,即它的带电性质使其粘在通盘东西上(并对机械和宇航员的健康组成重要危害)。 上部镜子以一定角度舍弃,综合新闻以快要乎水平的阳光反射到圆环的几何中心。 从那儿,它通过一个由两个透明箔片组成的窗户通过锥形镜反射到温室中。

该反射镜系统将冒昧在月球日提供约莫65千瓦的电力。正如他们所指出的,这对食粮坐褥是必要的,但可能会导致温度问题:

“诚然这种能量对优化促进光相助用是必要的,但如若莫得主动冷却散热器,它会飞速使温室过热。在咱们的设想中,冷却系统以氨和水动作使命流体。这么,在光照阶段,温室内的温度不错保持在接近26°C。在昏黑本事,主动冷却被关闭,镜像的滚动百叶窗秘籍窗户,以将热亏本适度到最低公法。”

接下来,他们沟通了栖息地的人命营救系统和食品坐褥,以及这些如何成为骄贵宇航员通盘需求的回收系统的一部分。对于大气需求,他们得出的论断是,在0.5巴的压力下,35%的氧气、64%的氮气和1%的二氧化碳(CO2)的搀杂物对温室是瞎想的。这与地球略有不同,按质料贪图,地球由23%的氧气、75.5%的氮气和0.06%的二氧化碳组成,在海平面上的气压为101.325千帕(1.01325巴)。

上图:充气月球栖息地看法。

通盘这个词系统由太阳能驱动,是周期性的,温室植物通过光相助用代谢二氧化碳,并产生氧气动作副居品。这不仅能补充宇航员的氧气供应,还能驻防宇航员呼出的二氧化碳积存。与此同期,不行食用的植物废料和粪便被制成堆肥,造成自然肥料,匡助保持泥土健康。在昏黑本事,过量的二氧化碳被暂时储存在低温容器中,并在白昼再行引入。这就相当于创造了一个闭环的生物生态系统,正如托马斯·赫齐格和其接头团队所描摹的那样:

“总之,从长久来看,似乎有可能创造一个禁闭的系统,在这个系统中,每个温室单位坐褥的食品足以服侍两个人,而不需要从地球上入口稀奇的食品。一般来说,咱们在小限度内创造了一个咱们在地球上应该有的完好的可络续生态轮回。”

与其他栖息地比较的资本/收益

动作临了一步,该团队评估并比较了他们的提议,和其他两个最近开荒的(欧空局营救的)月球栖息地设想。其中包括,福斯特和搭伙人于2012年建议的月球前线,以及SOM建筑事务所于2019年推出的月球村。这两种设想很好地代表了空间栖息地所沟通的元素。月球前线站由一个由3D打印外壳(使用风化层和团员物)秘籍的充气结构组成,而月球村则需要预制刚性和部分充气结构。

上图:月球前线站,欧洲航天局营救的月球基地设想接头。

这两种元素在“PneumoPlanet”栖息地的使用中联接了它们的优点,同期提供了最大的资本效益。正如托马斯·赫齐格和他的团队回归的那样:

“到现在为止,咱们的“PneumoPlanet”设想的本性是,每平常米可用面积的灵验载荷最低,对天地粒子辐射的保护最灵验,对栽种历程和操作的能源需求最低。此外,它是迄今为止发表的通盘看法中惟逐个个为自力新生坐褥食品和氧气提供完好的生态轮回的看法。”

简而言之,充气式月球栖息地联接了低运载资本、充气式模块、ISRU和闭环系统等优点,确保在月球上安全、可络续地活命。托马斯·赫齐格和他的共事回归说,应该在地球上配置一个原型,用来接头多样细节和设想的组件。他们至极建议对静电镜面箔的性能、温室内的人命周期、充气箔的材料性能和/或透明箔进行窥察。

这些和其他设想接头是欧洲航天局月球探索长久愿景的一部分。与美国国度航空航天局、其他天外机构和买卖伙伴一道,欧洲航天局但愿配置基础设施,使人类冒昧在月球上络续存在。至极是,他们抒发了配置外洋月球村的愿望,在月球引力下,多个国度的宇航员不错一路使命,进行科学操作。2015年,时任ESA总办事扬·沃尔纳(Jan Wörner)初次告示了这一目的,他在收受采访时描摹了这一目的:

“我的意图是在月球上配置一个永远性的基站。这意味着它是一个绽放的车站,面向不同的成员国,面向民众不同的国度。”

上图:栖息地集结在月球陨石坑的边际,被称为月球村。

2016年,他在瑞士卢塞恩举行的2016年部长级理事会会议(CM16)上发表了题为“民众相助和空间4.0的愿景”的演讲,进一步描摹了这一看法。他说:

“咱们今天在空间活动中看到的范式调节,用‘空间4.0’这个词来玄虚是最好的玄虚,而‘月球村’的看法试图将这种范式调节滚动为一系列具体举止,并创造一个外洋相助和空间买卖化都能闹热发展的环境。

月球村的看法是经过全面分析的,但蹙迫的是要认识,咱们所描摹的既不是一个技俩,也不是一个谋略。咱们所说的“月球村”并不是指围绕房屋、一些商店和社区中心决策的开荒技俩。更确实地说,“墟落”这个词在这里指的是:群体在莫得领先理清每一个细节的情况下调处起来创建的社区,而仅仅为了共享利益和智力而集结在一路。”

这个“墟落”是充气月球栖息地等提案将匡助结束的指标。 通过使用预制、易于部署的结构在月球上配置临时人类存在,宇航员和机器人工人不错监督永远性月球基地的配置。 这将使月球探索和接头的新期间配置在外洋相助、互助,以及政府和工业界之间有意可图的伙伴关系之上。

想要了解更多细节,不错拜谒 Pneumocell 的网站,了解联系充气月球基地和其他看法的更多信息、图片和视频。

如若挚友们可爱,敬请温情“知新昭着”!