CONSTRUINDO UMA BASE LUNAR: PARTE 3 - PROJETO ESTRUTURAL

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Construir a primeira base da Lua será o maior desafio que a humanidade já embarcou. Já podemos especular sobre os perigos, naturais e provocados pelo homem, associados à presença humana na superfície lunar. Em resposta, já temos algumas estruturas de habitat em mente - variando de estruturas infláveis a tocas subterrâneas dentro de fontes de lava antigas. Agora é hora de começarmos a projetar seriamente nossa primeira estrutura de habitat, protegendo-nos de micrometeoritos, sustentando pressões terrestres e usando materiais minados localmente onde podemos…

Na parte 1 desta série "Construindo uma base lunar", vimos alguns dos riscos mais óbvios associados à construção de uma base em outro planeta. Na Parte 2, exploramos alguns dos conceitos atuais de design para o primeiro habitat tripulado na Lua. Os projetos variavam de estruturas infláveis, habitats que podiam ser construídos na órbita terrestre e flutuavam para a superfície lunar, até bases escavadas nos antigos tubos de lava sob a superfície. Todos os conceitos têm suas vantagens, mas a função principal deve ser manter a pressão do ar e reduzir o risco de danos catastróficos, caso o pior aconteça. Esta terceira parte da série trata do design básico de uma possível base lunar que otimiza o espaço, faz uso máximo de materiais minerados localmente e fornece proteção contra a constante ameaça de micrometeoritos ...

"Construindo uma base lunar" é baseado em pesquisas de Haym Benaroya e Leonhard Bernold ("Engenharia de bases lunares“)

Os principais fatores que influenciam os projetos estruturais dos habitats na Lua são:

Um sexto da gravidade terrestre.
Alta pressão de ar interna (para manter a atmosfera respirável pelo homem).
Blindagem contra radiação (do Sol e de outros raios cósmicos).
Blindagem de micrometeorito.
Efeitos de vácuo rígido em materiais de construção (ou seja, saída de gás).
Contaminação lunar por poeira.
Gradientes de temperatura severos.

Além de abordar essas questões, as estruturas lunares devem ser fáceis de manter, baratas, fáceis de construir e compatíveis com outros habitats / módulos / veículos lunares. Para obter uma construção barata, deve-se usar o máximo de material local possível. A matéria-prima para a construção de baixo custo pode ser a quantidade abundante de regolito facilmente acessível na superfície lunar.

Acontece que o regolito lunar tem muitas propriedades úteis para construção na Lua. Para complementar o concreto lunar (como introduzido anteriormente em Parte 2), estruturas básicas de construção podem ser formadas a partir do regolito fundido. O regolito fundido seria muito semelhante ao basalto fundido terrestre. Criado por derretimento do rególito em um molde e permitindo que ele esfrie lentamente, permitiria a formação de uma estrutura cristalina, resultando em componentes de construção altamente compressivos e com tração moderada. O alto vácuo na Lua melhoraria bastante o processo de fabricação do material. Também temos experiência aqui na Terra em como criar basalto fundido, portanto esse não é um método novo e não testado. Formas básicas de habitat podem ser fabricadas com pouca preparação das matérias-primas. Elementos como vigas, colunas, lajes, cascas, segmentos de arco, blocos e cilindros podem ser fabricados, cada elemento tendo dez vezes a resistência à compressão e à tração do concreto.

Há muitas vantagens em usar o regolito de conversão. Principalmente, é muito resistente e resistente à erosão por poeira lunar. Poderia ser o material ideal para pavimentar os locais de lançamento de foguetes lunares e construir escudos de detritos ao redor das plataformas de pouso. Também poderia ser a proteção ideal contra micrometeoritos e radiação.

OK, agora temos material de construção básico, a partir de material local, exigindo preparação mínima. Não é tão difícil imaginar que o processo de regolito de fabricação possa ser automatizado. Antes de um ser humano pisar na Lua, uma concha de habitat básica e pressurizada poderia ser criada, aguardando ocupação.

Mas qual o tamanho do habitat? Essa é uma pergunta muito difícil de responder, mas o resultado é que, se algum habitat lunar for ocupado por longos períodos, ele terá que ser confortável. De fato, existem diretrizes da NASA que afirmam que, para missões com duração superior a quatro meses, o mínimo O volume exigido por cada indivíduo deve ser de pelo menos 20m³ (da NASA Man Systems Integration
Padrões, NASA STD3000, caso você esteja se perguntando). Compare as necessidades de habitação de longo prazo na Lua com as missões de curto prazo de Gêmeos em meados da década de 1960 (retratado) O volume habitável por tripulante em Gêmeos foi de 0,57 m³Felizmente, essas primeiras incursões no espaço foram curtas. Apesar dos regulamentos da NASA, o volume recomendado por tripulante é de 120m³, aproximadamente o mesmo que o espaço da Estação Espacial Internacional. Um espaço semelhante será necessário dentro dos habitats futuros da Lua para o bem-estar da tripulação e o sucesso da missão.

A partir dessas diretrizes, os designers de habitat podem trabalhar sobre a melhor forma de criar esse volume de vida. Obviamente, será necessário otimizar o espaço, a altura e a funcionalidade do habitat, além de incluir espaço para equipamentos, suporte à vida e armazenamento. Em um projeto básico de habitat de F. Ruess, J. Schänzlin e H. Benaroya de uma publicação intitulada "Projeto estrutural de um habitat lunar”(Journal of Aerospace Engineering, 2006), é considerada uma forma semi-circular de“ hangar ”(retratado).

A forma de um arco de sustentação de carga é um aliado próximo dos engenheiros estruturais, e espera-se que os arcos sejam um componente importante para o projeto do habitat, pois as tensões estruturais podem ser distribuídas uniformemente. Obviamente, decisões arquitetônicas, como a estabilidade do material subjacente e o ângulo de inclinação, teriam que ser tomadas durante a construção das fundações do habitat, mas espera-se que esse projeto resolva muitos dos problemas associados à construção lunar.

O maior estresse no design do “hangar” virá da pressão interna que atua para fora, e não da gravidade que atua para baixo. Como o interior do habitat precisará ser mantido sob pressões terrestres, o gradiente de pressão do interior para o vácuo do exterior exerceria uma pressão maciça na construção. É aqui que o arco do hangar se torna essencial, não há cantos e, portanto, nenhum ponto fraco pode degradar a integridade.

Muitos outros fatores são considerados, envolvendo alguns cálculos complexos de tensão e deformação, mas a descrição acima fornece uma amostra do que os engenheiros estruturais devem considerar. Ao construir um habitat rígido a partir do regolito fundido, os blocos de construção para uma construção estável podem ser construídos. Para proteção adicional contra radiação solar e micrometeoritos, esses habitats em arco podem ser construídos lado a lado, interconectando-se. Depois que uma série de câmaras for construída, um regolito frouxo poderá ser colocado no topo. A espessura do regolito fundido também será otimizada para que a densidade do material fabricado possa fornecer proteção extra. Talvez grandes lajes de regolito fundido pudessem ser colocadas em cima.

Uma vez que os módulos básicos de habitat são construídos, o layout do assentamento pode começar. O “planejamento da cidade” lunar será outra tarefa complexa e muitas configurações de módulos devem ser consideradas. São destacadas cinco configurações principais do módulo: Linear, Pátio, Radial, Ramificação e Cluster.

A infraestrutura do futuro assentamento lunar depende de muitos fatores, no entanto, e será continuada na próxima parcela.