MEMBANGUN PANGKALAN BULAN: BAGIAN 3 - DESAIN STRUKTURAL

Send

Membangun pangkalan Bulan pertama akan menjadi tantangan terbesar umat manusia yang pernah memulai. Kita sudah bisa berspekulasi tentang bahaya, alami dan buatan manusia, terkait dengan keberadaan manusia di permukaan bulan. Sebagai tanggapan, kami sudah memiliki beberapa struktur habitat dalam pikiran - mulai dari struktur karet hingga lubang bawah tanah di dalam ventilasi lava kuno. Sekarang saatnya kita serius mulai merancang struktur habitat pertama kita, melindungi kita dari mikrometeorit, mempertahankan tekanan terestrial dan menggunakan bahan-bahan yang ditambang secara lokal di mana kita dapat…

Dalam Bagian 1 dari seri "Membangun Pangkalan Bulan" ini, kami melihat beberapa bahaya yang lebih jelas terkait dengan membangun pangkalan di planet lain. Di Bagian 2, kami mengeksplorasi beberapa konsep desain saat ini untuk habitat berawak pertama di Bulan. Desainnya berkisar dari struktur tiup, habitat yang dapat dibangun di orbit Bumi dan melayang ke permukaan bulan, hingga pangkalan yang dilubangi tabung lava kuno di bawah permukaan. Semua konsep memiliki kelebihannya, tetapi fungsi utamanya adalah untuk menjaga tekanan udara dan mengurangi risiko kerusakan akibat bencana jika hal terburuk terjadi. Angsuran ketiga dari seri ini berkaitan dengan desain dasar dari basis bulan yang mungkin yang mengoptimalkan ruang, membuat penggunaan maksimum bahan-bahan yang ditambang secara lokal dan memberikan perlindungan dari ancaman konstan mikrometeorit…

"Membangun Pangkalan Bulan" didasarkan pada penelitian oleh Haym Benaroya dan Leonhard Bernold ("Rekayasa basis bulan“)

Faktor kunci yang memengaruhi desain struktural habitat di Bulan adalah:

Gravitasi terestrial keenam.
Tekanan udara internal yang tinggi (untuk mempertahankan atmosfer yang dapat bernapas manusia).
Pelindung radiasi (dari Matahari dan sinar kosmik lainnya).
Perisai mikrometeorit.
Efek vakum keras pada bahan bangunan (mis. Penyerangan dgn gas beracun).
Kontaminasi debu bulan.
Gradien suhu yang parah.

Selain mengatasi masalah ini, struktur bulan harus mudah dipelihara, murah, mudah dibangun dan kompatibel dengan habitat / modul / kendaraan bulan lainnya. Untuk mencapai konstruksi yang murah, sebanyak mungkin bahan lokal harus digunakan. Bahan baku untuk konstruksi yang tidak mahal bisa berupa jumlah regolith yang banyak tersedia di permukaan bulan.

Ternyata, regolith bulan memiliki banyak sifat yang berguna untuk konstruksi di Bulan. Untuk melengkapi beton bulan (seperti yang diperkenalkan sebelumnya pada Bagian 2), struktur bangunan dasar dapat dibentuk dari cor regolith. Cast regolith akan sangat mirip dengan basalt cast terestrial. Dibuat dengan melelehkan regolith dalam cetakan dan membiarkannya menjadi dingin perlahan-lahan akan memungkinkan struktur kristal terbentuk, menghasilkan komponen bangunan yang sangat kompresif dan dengan kekuatan sedang. Vakum tinggi di Bulan akan sangat meningkatkan proses pembuatan material. Kami juga memiliki pengalaman di sini di Bumi tentang cara membuat basal cor, jadi ini bukan metode baru dan belum teruji. Bentuk habitat dasar dapat diproduksi dengan sedikit persiapan bahan baku. Elemen seperti balok, kolom, lempengan, cangkang, segmen lengkung, blok dan silinder dapat dibuat, masing-masing elemen memiliki sepuluh kali kekuatan tekan dan tarik beton.

Ada banyak keuntungan menggunakan cast regolith. Terutama, sangat tangguh dan tahan terhadap erosi oleh debu bulan. Ini bisa menjadi bahan yang ideal untuk membuka lokasi peluncuran roket bulan dan membangun pelindung puing di sekitar landasan pendaratan. Itu juga bisa membuat perisai yang ideal terhadap mikrometeorit dan radiasi.

OKE, sekarang kami memiliki persediaan bangunan dasar, dari bahan lokal, membutuhkan persiapan minimum. Tidak terlalu sulit untuk membayangkan bahwa proses pembuatan regolith dapat dibuat secara otomatis. Sebelum manusia menginjakkan kaki di Bulan, cangkang habitat dasar bertekanan dapat dibuat, menunggu pendudukan.

Tapi seberapa besar seharusnya habitat itu? Ini adalah pertanyaan yang sangat sulit untuk dijawab, tetapi hasilnya adalah jika ada habitat bulan yang akan dihuni dalam waktu lama, itu harus nyaman. Bahkan, ada pedoman NASA yang menyatakan bahwa, untuk misi lebih dari empat bulan, itu minimum volume yang dibutuhkan oleh masing-masing individu harus minimal 20m³ (dari NASA Man Systems Integration
Standar, NASA STD3000, kalau-kalau Anda bertanya-tanya). Bandingkan kebutuhan tempat tinggal jangka panjang di Bulan dengan misi jangka pendek Gemini pada pertengahan 1960-an (dalam gambar). Volume layak huni per kru di Gemini adalah 0,57m nyaman³... untungnya perampokan awal ke luar angkasa ini singkat. Meskipun ada peraturan NASA, volume yang disarankan per anggota kru adalah 120m³, kira-kira sama dengan ruang hidup di Stasiun Luar Angkasa Internasional. Ruang serupa akan diperlukan di dalam habitat masa depan di Bulan untuk kesejahteraan awak dan keberhasilan misi.

Dari pedoman ini, perancang habitat dapat bekerja tentang cara terbaik untuk membuat volume kehidupan ini. Jelas, ruang lantai, ketinggian habitat dan fungsi perlu dioptimalkan, ditambah ruang untuk peralatan, pendukung kehidupan dan penyimpanan perlu diperhitungkan. Dalam desain habitat dasar oleh F. Ruess, J. SchÃ¤nzlin dan H. Benaroya dari publikasi berjudul "Desain struktural habitat bulan"(Journal of Aerospace Engineering, 2006), bentuk" hanggar "setengah lingkaran dianggap (dalam gambar).

Bentuk lengkungan yang menahan beban merupakan sekutu yang dekat bagi insinyur struktural, dan lengkungan diharapkan menjadi komponen utama untuk desain habitat karena tekanan struktural dapat didistribusikan secara merata. Tentu saja, keputusan arsitektur seperti stabilitas material yang mendasarinya dan sudut kemiringan harus dibuat saat membangun fondasi habitat, tetapi desain ini diharapkan dapat mengatasi banyak masalah yang terkait dengan konstruksi bulan.

Penekanan terbesar pada desain "hanggar" akan datang dari tekanan internal yang bekerja keluar, dan bukan dari gravitasi yang bekerja ke bawah. Karena interior habitat perlu diadakan pada tekanan terestrial, gradien tekanan dari interior ke ruang hampa eksterior akan menimbulkan tekanan besar pada konstruksi. Di sinilah lengkungan hanggar menjadi penting, tidak ada sudut, dan karenanya tidak ada titik lemah yang dapat menurunkan integritas.

Banyak faktor lain yang dipertimbangkan, yang melibatkan beberapa perhitungan tegangan dan regangan yang kompleks, tetapi uraian di atas memberi gambaran tentang apa yang harus dipertimbangkan oleh insinyur struktural. Dengan membangun habitat yang kaku dari cor regolith, blok bangunan untuk konstruksi yang stabil dapat dibangun. Untuk perlindungan tambahan dari radiasi matahari dan mikrometeorit, habitat melengkung ini dapat dibangun berdampingan, saling berhubungan. Setelah serangkaian kamar telah dibangun, regolith longgar dapat diletakkan di atas. Ketebalan regolith cor juga akan dioptimalkan sehingga kepadatan material yang dibuat dapat memberikan perlindungan ekstra. Mungkin lempengan regolit gips besar bisa dilapisi di atas.

Setelah modul habitat dasar dibangun, tata ruang permukiman dapat dimulai. "Perencanaan kota" Lunar akan menjadi tugas kompleks lainnya dan banyak konfigurasi modul harus dipertimbangkan. Lima konfigurasi modul utama disorot: Linear, Courtyard, Radial, Branching dan Cluster.

Infrastruktur penyelesaian bulan di masa depan tergantung pada banyak faktor, bagaimanapun, dan akan dilanjutkan dalam angsuran berikutnya.