[月亮气球用多少球合适]用超压气球搭建一个月球基地
在最近五集的Acta Astronautica学术期刊上发表了京都大学Luciana Tenorio的一则该文。他构想采用爆震火球喷水外部结构构筑外太空人在火星的生活培训基地。该培训基地草图如下表右图:
该培训基地由5个小麦棒子爆震火球和两个包住整座培训基地的半花生爆震火球圆顶共同组成(两种爆震火球构象之后会如是说)。横着的小麦爆震火球在外部结构上为:
两边是柱廊(PROCH)。两边进入后为置放有外太空服的自动门室(AIRLOCK)。尾端从左至右依序为自然地理宇宙飞船,远距机器服务站,三张大房子,自然环境卫生洁净间和医疗保健术后间。
锐角的小麦爆震火球在外部结构上则是第二层在结构上,共分为三层。整座立起来的外部结构如图右图。尾端应该是个栅栏的意思。
各层楼的外部模版如下表右图右图。
这几层主要是咖啡店和生物生物医学。
这几层包括外太空人的三张大房子,和四间自然环境卫生洁净间。
这几层是外太空人的健身活动锻炼身体区域。
锐角的小麦爆震火球顶部有柱廊和自动门室,可以看到挂了三套外太空服。
学术论文构想的是用SpaceX的轻型秃鹰推进器(Falcon Heavy)升空上来。因为它有最大的酬载SRB外部表面积
在如是说完在结构上部分后,学术论文对所采用的爆震火球进行外部结构在结构上和最优化模拟。当然,爆震火球外部须要为外太空人提供宽敞自然环境,理想气体为两个标准大气压,与外冷却系统达到101.325kPa。外太空中的交通不便,隔板须要有第二层外部结构来保证车内的自然环境适于定居,这使得火球得采用碳酸铯金属材料。金属材料共同组成图如下表右图右图。
相关联的译者为:
(1)radiationProtection: Kapton—辐射防护:卡普顿(Kapton是美国杜邦公司(DuPont)生产的聚酰亚胺(PI)薄膜金属材料的商品名称,能在-269度到+400度摄氏温度范围内保持稳定);
(2)ThermalInsulation: Combitherm—隔热:Combitherm(聚合物金属材料Combitherm有很低的渗透率,高的可伸缩性和耐用性)。
(3)Bladder: NylonLaminate—气囊:尼龙层压板
(4)Protection Layer:Madflex—保护层:Madflex (不太懂。)
(5)Structural Layer:Vectran HS—外部结构层:Vectran HS (芳香族聚酯液晶Vectran纤维,美国著名火星探路者的着陆气囊系统就是用芳香族聚酯液晶纤维中的 Vectran纤维来制作底布金属材料)
(6)Internal layer:NOMES—内层:NOMES(不太懂。)
接着是对爆震火球的如是说。
爆震火球较多采用的是具有突出膜瓣的花生构象。通过扩展单幅球膜的宽度,采用加强筋勒出更大曲率半径的膜瓣,以减小爆震火球受到的与外冷却系统产生的纬向和经向应力。这种方法在大型索膜外部结构中有着较多应用。比如下表右图面这个建筑,可能是怕伯努利效应,水平风给掀起来?
但是,花生型爆震火球在实际飞行试验中,如果多余球膜过多,分膜数过多,会遇到高空不能完全展开的问题。NASA对此进行了许多研究,包括Baginski教授,Pellegrino教授,Deng Xiaowei,Schur,David. Wakefield,Smith等等火球方面的研究人员。高空失稳形状如图右图。
通过势能变分的方法,最优化方法,屈曲失稳的方法等等,最后的结果是得出了下面这张图,分别与分膜数和s/c(弧长s与弦长c的比)有关。分膜数越多,s/c越大,升空后越容易失稳。
这张图为爆震火球在结构上提供了重要参考。称为Calladine稳定极限。
而日本JAXA的团队则申请了一项专利,将爆震火球尾端在结构上为圆柱,并采用横向加强筋,形成小麦形爆震火球。这能有效抑制展开失稳的问题。参考Fuke等人在2011年发表在Adcances in SpaceResearch的学术论文,他们将这种火球命名为tawara理念。
接下来对其做最优化分析。应力云图结果如下表右图右图。
主应力曲线图如下表右图右图。
The scientifc balloon is interesting, isnt it? 用电影《美丽心灵》的一句话是God must be a painter. Why else would we have so many colors?
参考文献:
[1] Luciana Tenorio, TomohiroYokozeki, Jun Sato. Structural design of Super Pressure Balloon Habitat on themoon [J]. Acta Astronautica. 195 (2022) 183–203. doi:10.1016/j.actaastro.2022.02.031.
[2] H. Fuke, N. Izutsu, D.Akita, etc. Progress of super-pressure balloon development: A new tawaraconcept with improved stability [J]. Advances in Space Research 48 (2011)1136–1146. doi:10.1016/j.asr.2011.05.008.