Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
В настоящее время, ведущие космические агентства NASA (США), ESA (ЕС), CNSA (КНР) и ГК «Роскосмос» (РФ) проводят научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в области разработки, создания баз, в том числе обитаемых на Луне и Марсе. Известны такие проекты, как: Additive Construction with Mobile Emplacement (ACME), проводимый NASA совместно с армией США; работы, выполненные в рамках конкурса NASA “3D-printed habitat challenge”, в том числе MARSHA от компании AI Spacefactory; совместные исследования NASA и Contour Crafting Corporation, проект лунной базы ПАО РКК Энергия им. С.П. Королева. Отличительной чертой предлагаемых решений можно отметить: минимизация энергетических затрат, материалов и оборудования, доставляемого с Земли, максимизации применения природных ресурсов Луны и Марса и автоматизация изготовления баз и служебных модулей. Помимо научных бенефитов и новых потенциальных источников ресурсов, одной из главных преследуемых целей является постоянное присутствие человека на других планетах. Вследствие многих потенциальных угроз и зависимости человечества лишь от одной планеты, вполне логично задумываться о распространении нашего вида и на другие космические тела. Формулировка задачи, подкрепляется тем фактом, что Марс делает оборот вокруг Солнца за 687 дней, и момент, когда полет до него осуществим, наступает раз в два года, что позволяет рассматривать создание базы, в том числе обитаемой [1].
Разработка баз и модулей должна вестись с учетом условий окружающей среды (радиационное воздействие, знакопеременные температуры, непригодная для дыхания атмосфера, эрозионное воздействие частиц грунта) и необходимых свойств, которые обеспечат защиту для здоровья астронавтов. Данные факторы задают требования к корпусам напланетной базы. В работе приведены важнейшие характеристики марсианской среды: состав атмосферы и температурные условия, давление и гравитационная постоянная, геология и подверженность ультрафиолетовому излучению. Отмечено, что факторы среды варьируются в зависимости от региона, что напрямую влияет на выбор расположения для создания базы.
Отдаленность базы на Марсе и длительность напланетных миссий ставят ее в положение трудной доступности от средств снабжения. Поэтому следует детально проработать все жизнеобеспечивающие системы марсианской базы и перенести инфраструктуру Земли в меньшем масштабе на другую планету так, чтобы вся цепь процессов работала бесперебойно. Ключевой принцип создания такой цепи, которого придерживаются в NASA ‒ проектирование, отталкивающееся от конечного состояния и фундаментальных потребностей колонии [2]. Такой подход позволит создать архитектурную систему, удовлетворяющую требуемым функциям, таким как ежедневные операции экипажа, роботов, исследовательского оборудования, проведение научных работ, сбор и переработка ресурсов, поддержание нормальных для человеческого организма условий. В работе проанализированы основные необходимые функции напланетной базы и их взаимосвязи с учетом ранее проведенных работ.
Для безопасного пребывания человека на Марсе предстоит создать среду обитания с внутренними условиями отличными от внешних, что влечет за собой серьезные требования к характеристикам материалов и свойствам конструкций. Жилой модуль – изолированная и отличная от внешней среда. Нарушение независимости этой среды влечет за собой риск для жизней астронавтов. Возможность разрушения или разгерметизации корпусов недопустима и должна быть сведена к нулю. В то же время, учитывая стохастичность ряда факторов, очевидна потребность в средствах контроля состояния конструкций для мониторинга и преждевременного обнаружения повреждений. С этой целью предложено внедрять в материал корпуса оптоволоконные системы, которые в режиме реального времени получают значение изменения параметров положения оптического волокна и устанавливают соответствующую функциональную зависимость между деформацией и температурой [3]. Внедрение таких систем в конструкции из полимерных композиционных материалов (ПКМ) и других объектов позволило:
При создании конструкций на других планетах имеются ограничения в виде максимальных массы и объема полезной нагрузки транспортных кораблей, а количество запусков ограничивается экономическими затратами на подготовку каждого из них. Поэтому ведущие космические агентства стремятся использовать те ресурсы, которые возможно получить непосредственно на других планетах. Главной тенденцией среди исследователей является ISRU (in-situ resource utulization), что означает добычу, переработку и применение ресурсов, добытых или произведенных на других астрономических объектах, заменяющие ресурсы, произведенные на Земле. На первых этапах освоения Марса при лишь начально развитой инфраструктуре главным доступным материалом является Марсианский грунт [5]. В работе приведены данные о химическом составе и механических характеристиках Марсианского грунта, наиболее распространенных его имитаторах, примечательные работы по его модификации, а также рассматривается возможность использования базальта и создания геополимерных материалов.
Стремление к оптимизации доставляемых средств на Луну и Марс определяет потребность в универсальных технологических решениях. Представляет интерес создание конструкций баз с применением аддитивных технологий. Так, существует ряд работ, исследующих потенциал Марсианского грунта для применения в аддитивном производстве, а также многолетний опыт внедрения данной технологии для создания конструкций ракетно-космической техники. Показаны преимущества применения гибридных термопластичных композиционных материалов и марсианского грунта при аддитивных технологиях изготовления корпусов, в том числе при габаритных размерах до 12 м в высоту и полезным объемом до 78 м3 [6]. Важно отметить, что при неблагоприятной для человека внешней среде создание системы будет направлено на снижение так называемой EVA (Extra-Vehicular Activity), т. е. большую часть работы на поверхности будут проводить специальные аппараты и автоматизированные системы. Рассмотрены предполагаемые строительные процессы, а также уделено внимание их потребности в аппаратном обеспечении, что позволит оптимизировать количество используемой техники, и, следовательно, массу груза для космических аппаратов. Многие виды деятельности по добыче и переработке природных ресурсов in-situ и строительные процессы включают сложные механические операции и большой расход энергии. Большинство из них используют электричество в качестве основного источника энергии. В статье рассматриваются энергетические решения на основе марсоходов и зондов, использующих солнечную и ядерную энергии, а также современные идеи как использование разницы температур между поверхностью и более глубокими слоями грунта для получения электроэнергии.
На основе рассмотренных современных достижений в области напланетного строительства и анализа факторов создания корпусов из композиционных материалов для базы на Марсе результатом работы стало формирование критериев и подходов для создания функциональных конструкций напланетных модулей с системой мониторинга из термопластичных композиционных материалов.
