Mars X-House: принципы проектирования автономного 3D-печатного жилища из местных материалов

Mars X-House, принципы проектирования автономного 3D-печатного жилища,

Mars X-House — это совместный проект по проектированию и изготовлению прототипов, осуществляемый в сотрудничестве SEArch + и технологической компанией 3D-печати Apis Cor, с целью представить архитектурные решения, использующие крупномасштабные технологии аддитивного производства в контексте миссии на Mars.

Материалы, предназначенные для использования вне Земли, будут отличаться от материалов для строительства на Земле, так как их необходимо будет печатать, отверждать и эксплуатировать в экстремальных условиях марсианской температуры и вакуума. Местные материалы для печати нужно будет получать, добывая из почвы или же извлекая из атмосферы, и затем адаптировать для использования в процессе печати.

а) Реголит

Будучи наиболее очевидным и распространенным материалом на поверхности планет, печать реголитом является главным приоритетом. Проект 3D печати реголитом «Аддитивное строительство с установкой на месте с помощью подвижного устройства» (ACME), разрабатывает технологию для строительства конструкций на поверхности планет с использованием ресурсов на месте.

Проект концентрируется на строительстве инфраструктурных объектов как 2D (посадочные площадки, дороги и фундаменты), так и 3D (жилища, гаражи, радиационные укрытия и другие сооружения) для миссий на поверхность планет. Проект ACME направлен на повышение уровня технологической готовности (TRL) двух компонентов, необходимых для обитания на поверхности планеты и ее исследования: 3D аддитивное конструирование (например, контурная обработка) и технологии выемки грунта и обработки (для эффективного и непрерывного производства сырья на месте).

Кроме того, проект ACME поддерживает исследования и разработку новых материалов для строительства на поверхности планет с целью уменьшения количества материалов, которое необходимо доставлять с Земли. ACME — это совместное предприятие, созданное Программой изменения правил игры от Управления космическими технологиями НАСА и Инженерным корпусом армии США (USACE).

USACE заинтересован в технологии аддитивного строительства как в средстве для строительства армейских конструкций для проведения полевых операций. Проект ACME поможет USACE свести к минимуму количество людей, необходимых для постройки конструкции, минимизировать время, затрачиваемое на постройку конструкции, сделать так, что проект и 3D-напечатанные конструкции напоминают местные здания, а также сократить количество материалов, доставляемых в поле, и отходов, полученных в процессе строительства. Эти цели аналогичны целям НАСА по созданию инфраструктуры миссий на поверхности планет.

В то же время известно, что реголит содержит перхлораты, токсичные для человека. Были приложены все усилия для защиты людей от прямого или косвенного воздействия реголита. В Mars X-House 1 самым внутренним слоем, который контактирует с командой, был предварительно интегрированный воздухонаполняемый слой. В Mars X-House 2 реголит был покрыт полиэтиленом высокой плотности (ПЭВП).

б) Базальт

Базальт играет важную роль в 3D-печати жилищ на поверхности Луны и Марса, где он в изобилии и легко доступен из реголита. Путем нагрева базальта, базальтовые волокна могут быть получены с помощью простого процесса экструзии. Базальтовые волокна вдвое прочнее стали и весят всего около трети.

На Земле арматурные стержни и другие экструдированные компоненты, изготовленные из базальтового волокна, заменяют многие стальные конструкции, обычно используемые в строительстве. Тихоокеанский международный космический центр по исследовательским системам (PISCES) работает с гавайским базальтом в качестве исходного сырья для ISRU (использование местных материалов как ресурсов) с целью создания новых материалов для устойчивых продуктов на Земле и в космосе.

Базальт на Гавайях соответствует специфическому химическому профилю, необходимому для производства непрерывного базальтового волокна (НБВ), материала, похожего на стекловолокно и углеродное волокно. Продукты из НБВ обладают хорошими характеристиками, включая устойчивость к коррозии и нагреву, а также обладают высокой прочностью на разрыв. Во всем мире производство НБВ оценивается примерно в 100 млн долларов и, как ожидается, удвоится в ближайшее десятилетие.

в) Пластики

Добавим, что пластики будут критически важным материалом для использования в целях строительства в космосе. Они обеспечат непористый пограничный слой для воздухонепроницаемых конструкций, слой защиты от потенциально токсичного реголита, а также будут использованы для множества дополнительных архитектурных компонентов, таких как окна, стены, двери и полы.

Пластики, такие как ПЭВП, будут производиться с использованием местных этиленовых ресурсов на Марсе. Ожидается, что метановое топливо, добытое в результате реакции Сабатье, станет необходимым компонентом будущих марсианских миссий, его получат из подземных вод и атмосферного углекислого газа.

Метан затем может быть полимеризован с образованием сложных углеводородов, включая пластики, с помощью технологии Фишера-Тропша. Хотя это энергоемкий процесс, ожидается, что марсианские миссии не будут испытывать недостатка в атомной энергии из-за необходимости обеспечения безопасности экипажа и миссии.

Некоторая часть полимера, нужного для производства, может быть получена измельчением, плавлением и повторным использованием / переработкой материалов от отработавшего космического корабля. Дополнительное количество пластика может быть изготовлено с использованием аналогичных процессов. Окна из поликарбоната также могут быть изготовлены из материалов на месте.

Поликарбонат обладает высокой визуальной пропускаемостью, предлагая возможность для настоящих окон, необходимых для обзора командой нового ландшафта.

Авторы:

Мелоди Яшар, соучредитель, команда Mars X-House / руководитель проекта, SEArch + Space Exploration Architecture;
Кристина Чиардулло, соучредитель, архитектор, SEArch + Space Exploration Architecture;
Майкл Моррис, соучредитель, архитектор, SEArch + Space Exploration Architecture;
Ребекка Пайлс-Фридман, соучредитель, промышленный дизайнер, SEArch + Space Exploration Architecture.
Доктор Роберт Мозес, исследовательский центр Лэнгли НАСА ;
Дэниэл Кейс, доктор философии, кандидат, аэрокосмические технические науки, Университет Колорадо — Боулдер.

Полный текст:

Mars X-House: Design Principles for an Autonomously 3D-Printed ISRU Surface Habitat

Использование

Оставьте первый комментарий

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.


*