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Continuamos con la serie de post sobre la luna, que ultimamente resulta ser lo unico que estoy posteando… (muy mal… pero esos examenes hasta el 31 de Marzo + automatica por ahi sin poner le quitan a uno las ganas de todo)

Construir la primera base en la Luna será el mayor reto en el que se haya embarcado la humanidad. Podemos especular sobre los peligros, naturales y artificiales, asociados con la presencia humana en la superficie lunar. En respuesta, ya tenemos en mente algunas estructuras de hábitat – desde estructuras hinchables a madrigueras excavadas en el interior de antiguos respiraderos de lava. Ahora ha llegado el momento de comenzar a diseñar nuestra primera estructura de hábitat, protegiéndonos de micrometeoritos, que mantengan presiones terrestres y usando materiales extraídos localmente donde se pueda…

En la Parte 1 de esta serie de “Construir una base en la Luna”, echamos un vistazo a los peligros más obvios asociados a construir una base en otro planeta. En la Parte 2, exploramos algunos de los actuales conceptos de diseño para el primer hábitat humano en la Luna. Los diseños iban desde estructuras hinchables, hábitats que podrían construirse en la órbita de la Tierra y flotar hasta la superficie de la Luna, hasta bases hundidas en antiguos tubos de lava bajo la superficie. Todas las ideas tienen sus ventajas, pero la función principal debe ser mantener la presión del aire y reducir los riesgos de un daño catastrófico. En esta tercera entrega de la serie tratamos con el diseño básico de una posible base lunar la cual optimiza el espacio, hace un uso óptimo de los materiales extraídos localmente y proporciona protección de la constante amenaza de los micrometeoritos …

Los factores clavo que influyen en los diseños estructurales de los hábitats de la Luna son:

  • Un sexto de la gravedad terrestre.
  • Alta presión interna del aire (para mantener una atmósfera respirable por humanos).
  • Escudo de radiación (para el Sol y otros rayos cósmicos).
  • Escudo de micrometeoritos
  • Fuertes efectos del vacío sobre los materiales de construcción
  • Contaminación por polvo lunar
  • Gradientes de temperatura extremos

Además de abordar estos temas, las estructuras lunares debe ser fácilmente sostenibles, baratas, fáciles de construir y compatibles con otros hábitats/módulos/vehículos lunares. Para lograr una construcción barata, debe usarse todo el material local que se pueda. La materia primera para una construcción barata podría ser ingentes cantidades de regolito fácilmente accesible en la superficie lunar.

Como resultado, el regolito lunar tiene muchas propiedades útiles para la construcción en la Luna. Para complementar el cemento lunar (como se introdujo en la Parte 2), las estructuras básicas de construcción pueden formarse a partir de moldes de regolito. El regolito moldeado sería muy similar al basalto moldeado terrestre. Creado fundiendo regolito en un molde y permitiendo su enfriamiento lentamente formaría una estructura cristalina, dando como resultado componentes de construcción altamente compresivos y moderadamente tensos. El alto vacío de la Luna mejoraría mucho el proceso de fabricación del material. También tenemos experiencia en la Tierra de cómo crear basalto moldeado, por lo que no es un nuevo método sin comprobar. Las formas básicas de hábitat podrían fabricarse con poca preparación de las materias primas. Elementos como vigas, columnas, losas, cúpulas, segmentos de arco, bloques y cilindros podrían fabricarse, con cada uno de estos elementos teniendo diez veces más resistencia a la compresión y tensión que el hormigón.

Existen muchas ventajas al usar regolito moldeado. Principalmente, es muy duro y resistente a la erosión del polvo lunar. Podría ser el material ideal para pavimentar las zonas de lanzamiento de cohetes y construir escudos de escombros alrededor de las plataformas de lanzamiento. También podría ser un escudo perfecto contra micrometeoritos y radiación.

OK, ahora ya tenemos los suministros básicos de construcción, a partir de material local, que requieren de una mínima preparación. No es difícil imaginar que el proceso de fabricación del regolito moldeado podría ser automático. Antes de que un humano ponga un pie en la Luna podría crearse un hábitat básico presurizado esperando a su ocupante.
Prototipo de hangar

 Pero, ¿cómo de grande debería ser el hábitat? Esta es una pregunta muy difícil de responder, pero el resultado es que si el hábitat lunar se ocupará durante largos periodos de tiempo, tendrá que ser confortable. De hecho, existen guías en la NASA indicando que, para misiones mayores de cuatros meses, el volumen mínimo requerido para cada individuo debería ser de al menos 20m3 (de los Estándares de Integración de Sistemas Humanos de la NASA, NASA STD3000, en caso de que te lo preguntes). Compara las necesidades de habitabilidad a largo plazo de la Luna con las misiones Géminis de corto plazo de los años 60. El volumen habitable por miembro de la tripulación en Géminis era un acogedor 0,57m3… afortunadamente estas primeras incursiones en el espacio eran cortas. A pesar de las regulaciones de la NASA, el volumen recomendado por miembro de la tripulación es de 120m3, aproximadamente el mismo que el espacio habitable en la Estación Espacial Internacional. Un espacio similar se requerirá dentro de los hábitats futuros de la Luna para el bienestar de la tripulación y el éxito de la misión.

A partir de estas directrices, los diseñadores de hábitats puede trabajar en cómo crear mejor este volumen de espacio habitable. Obviamente, el espacio de superficie, la altura y funcionalidad tendrán que optimizarse, además el espacio para el equipamiento, soporte vital y almacenamiento serán factores a tener en cuenta. En un diseño básico del hábitat de F. Ruess, J. Schänzlin y H. Benaroya de una publicación titulada “Structural design of a lunar habitat (Diseño estructural de un hábitat lunar)” (Journal of Aerospace Engineering, 2006), se tuvo en cuenta un “hangar” de forma semicircular.

La forma en arcos de carga es un aliado de los ingenieros estructurales, y se espera que los arcos sean un componente principal de los diseños de hábitats para que la tensión estructural se distribuya equitativamente. Por supuesto, las decisiones arquitectónicas tales como la estabilidad del material subyacente y el ángulo de inclinación tendrían que hacerse mientras se construyen los cimientos del hábitat, pero este diseño se espera que aborde muchos de los problemas asociados con la construcción lunar.

La mayor tensión del diseño del “hangar” vendrá de la presión interna que empuja hacia fuera, y no de la gravedad que actúa hacia abajo. Dado que el hábitat interior tendrá que mantener presiones terrestres, el gradiente de presión del interior hacia el vacío del exterior ejercería un tensión masiva sobre la construcción. Aquí es donde se hace esencial el arco del hangar, no hay esquinas, y por tanto, no hay puntos débiles que degraden la integridad.

Se han considerado muchos más factores, incluyendo algunos cálculos complejos de tensión y fuerza, pero la descripción de arriba da una idea de lo que deben considerar los ingenieros estructurales. Construyendo un hábitat rígido a partir de regolito moldeado, se pueden construir bloques para un edificio estable. Para una protección añadida de la radiación solar y los micrometeoritos, estos hábitats arqueados podrían construirse de forma adosada interconectados. Una vez que se han construido una serie de cámaras, el regolito restante podría colocarse sobre ellos. El grosor del regolito moldeador también se optimizará de forma que los materiales fabricados puedan proporcionar una protección extra. Tal vez podrían usarse para el techo bloques de regolito moldeado mayores.

Una vez se haya construido el módulo de hábitat básico, puede empezar la fase de asentamiento. La “planificación urbana” lunar será otra tarea compleja y deben considerarse muchas configuraciones de módulos. Se destacan 5 configuraciones de módulos principales: Lineal, Patio, Radial, Ramificado y Cúmulo.

La infraestructura del futuro asentamiento luna depende de muchos factores, no obstante y se continuará en el próxima entrega.



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