Результат интеллектуальной деятельности: Купольное сооружение на Луне

Изобретение относится к области строительства, в частности к быстро возводимым купольным защитным сооружениям на Луне для использования ее природных ресурсов и проведения на ней исследований.

Известно купольное сооружение, описанное в способе возведения купольных железобетонных сводов, включающее наполнененную воздухом до рабочего давления пневмоопалубку, выполненную из эластичных формообразующих элементов, элементы каркаса, уложенную и закрепленную на пневмоопалубке армирующую сетку (RU, №2213835, МПК Е04G11/04, 2003).

Недостатком этого решения является высокая трудоемкость возведения такого сооружения.

Известно техническое решение - проект студии «Architecture and vision» с названием «MoonBaseTwo» [space-future.blogspot.ru]. Защитная оболочка от микрометеоритов и радиации сооружения на Луне состоит из мешков, привозимых с Земли и заполненных местным грунтом - реголитом.

Недостатком такого решения является сложность реализации за счет выполнения трудоемкой операции по заполнению и укладке отдельно каждого мешка, снижение устойчивости сооружения за счет сложности достижения их ровной укладки, что снижает, в целом, эффективность его использования.

Известно применение в строительстве гибкого полимерного плоскосворачиваемого рукава для транспортировки: отходов производства, песка, щебня, жидкости и др. (ООО «Нефтегазсервис» (http://ngs-hab.ru/milroy_primenenie.php), ( ООО «Балтрезинотехника» (spb@baltrti.ru)).

Однако применение данного технического решения в качестве защитного элемента для формирования защитных оболочек сооружений, в частности, для использования на Луне не обнаружено.

Наиболее близким техническим решением является купольное сооружение, включающее надувной купол с жестким каркасом с наружной защитной и внутренней оболочками, образующими полость с пониженным атмосферным давлением (RU, № 2490398, Е04G1/32, 2013).

Недостатком известного решения является сложность конструкции купола, а также его доставка и монтаж непосредственно на Луне, что снижает эффективность реализации технического решения.

При создании настоящего изобретения была поставлена задача по разработке более эффективной конструкции купольного сооружения для его возведения на Луне.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении прочности, упрощении конструкции, снижении материалоемкости и трудоемкости.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в купольном сооружении на Луне, включающеем основание, на котором установлен надувной купол, и защитную оболочку которая выполнена спиральной из непрерывного эластичного рукава, заполненного грунтом - реголитом. Кроме того, поверхность непрерывного эластичного рукава выполнена рифленой. Защитная спиральная оболочка включает три слоя: первый и третий слой – защитно-конструкционные, состоящие, из грунта - реголита или из смеси на основе связующего, а второй внутренний, расположенный между ними – защитно-теплоизоляционный, состоящий из теплоизоляционного материала. Защитная оболочка купола выполнена, по крайней мере, из двух спиральных слоев – один слой с левой навивкой, а другой слой с правой навивкой.

Исполнение защитной оболочки спиральной в виде непрерывного эластичного рукава, заполненного грунтом – реголитом, позволяет, во-первых, упростить конструкцию и процесс укладки защитного материала за счет более простой операции - спиральной навивки и возможности вести непрерывный процесс загрузки оболочки грунтом-реголитом, а, во-вторых, снизить массу доставляемого груза на Луну, используя пустой рукав в виде компактного его сложения.

Исполнение поверхности непрерывного эластичного рукава рифленой позволяет повысить прочность защитной оболочки путем предотвращения сдвига и сползания спиральных витков за счет повышения сцепления между ними, что повышает эффективность работы сооружения.

Также защитная функция оболочки купола может быть усилена путем исполнения спиральной эластичной оболочки из трех слоев, где первый и третий слои – внешние защитно-конструкционные, состоящие из непрерывного эластичного рукава, заполненного смесью из реголита и связующего, а второй – внутренний, расположенный между ними – защитно-теплоизоляционный, где непрерывный эластичный рукав заполнен теплоизоляционным материалом, например, монтажной пеной, что позволяет, во-первых, повысить защитные свойства против метеоритной опасности, а во-вторых, улучшить теплотехнические свойства оболочки, что повышает эффективность работы сооружения.

Исполнение защитной оболочки купола, по крайней мере, из двух спиральных слоев – один слой с левой навивкой непрерывного эластичного рукава, а другой с правой навивкой непрерывного эластичного рукава, позволяет, во-первых, повысить защитные свойства и прочность защитной оболочки за счет формирования более плотного двойного слоя оболочки, а во-вторых, повысить общее сцепление и трение между витками за счет работы перекрещивающихся витков, что повышает эффективность работы сооружения.

Купольное сооружение на Луне поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображена конструктивная схема купольного сооружения на Луне с одной защитной спиральной оболочкой; на фигуре 2 - конструктивная схема купольного сооружения на Луне с двумя защитными спиральными оболочками;

На фигурах обозначено: 1 – надувной купол; 2 – основание; 3 – непрерывный эластичный рукав с левой навивкой защитной спиральной оболочки; 4 - непрерывный эластичный рукав с правой навивкой защитной спиральной оболочки; 5 – грунт – реголит; 6 – композитная крышка.

Купольное сооружение на Луне состоит из надувного купола 1, доставленного с Земли, и установленного на лунном основании 2 с наружной защитной оболочкой в виде спирального непрерывного эластичного рукава 3, (фиг. 1). В свою очередь защитная оболочка купола может состоять, по крайней мере, из двух спиральных слоев: с левой навивкой из непрерывного эластичного рукава 3 и с правой навивкой из непрерывного эластичного рукава 4, заполненных грунтом – реголитом 5 (фиг. 1, фиг. 2). На вершине купола установлена защитная композитная крышка 6.

Купольное сооружение на Луне возводится и работает следующим образом.

Возводят надувной купол 1 по известным методикам (например, согласно патенту № 2490398), который доставляют с Земли, на заранее выровненном основании 2. Затем формируют защитную оболочку купола 1 путем спиральной навивки непрерывного эластичного рукава 3 с заполнением грунтом – реголитом 5 вокруг надувного купола 1 на всю его высоту, например, роботом-манипулятором (фиг. 1).

Защитная функция оболочки купола может быть усилена путем исполнения спиральной эластичной оболочки из трех слоев, где первый и третий слои выполняют защитно-конструкционными, состоящими из непрерывных эластичных рукавов, которые заполняются грунтом – реголитом или смесью, включающей грунт - реголит и связующее, а второй – внутренний, расположенный между ними – защитно-теплоизоляционный, где непрерывный эластичный рукав заполнен теплоизоляционным материалом, например, монтажной пеной.

Для более надежной защиты надувного купола формируется защитная оболочка купола, по крайней мере, из двух защитных слоев, состоящих из непрерывного эластичного рукава с левой 3 и правой 4 спиральной навивкой (фиг. 2). После возведения купола его вершина накрывается защитной композитной крышкой 6.

Для повышения эффективности сцепления между слоями спиральной защитной оболочки предлагается использовать непрерывный эластичный рукав с рифленой поверхностью, что повышает устойчивость защитной оболочки.

Эффективность строительства и работы купольного сооружения на Луне со спиральной защитной оболочкой во многом зависит от рационального соединения его основных элементов, оптимального количества этих элементов с учетом характера воздействия вредного излучения и метеорных частиц, а также действия нагрузки.

Из общей конструктивной схемы купольного сооружения на Луне (фиг. 1, фиг. 2) видно, что основные его элементы связаны между собой с учетом воздействия метеоритной угрозы и космического излучения, а также с учетом действия нагрузки и технологичности его возведения за счет возможности быстрого формирования защитной оболочки на основе использования технологии спиральной навивки из непрерывного эластичного рукава, заполняемого грунтом - реголитом. Поэтому предлагаемое купольное сооружение на Луне может работать более эффективно, чем известные конструкции с насыпными защитными слоями или сложными конструктивными решениями защитных слоев, так как вся конструкция обеспечивает возможность регулирования степени защиты надувного купола независимо от его формы и размера. При этом повышается технологичность выполнения основных операций по возведению купольного сооружения на Луне с эффективной спиральной защитной оболочкой, сокращаются потери времени при выполнении отдельных операций за счет применения универсальных непрерывных эластичных рукавов, что, в целом, дает возможность перейти к конструкциям, позволяющим использовать технологии быстровозводимых купольных сооружений на Луне с эффективной защитной оболочкой.

Особенно эффективно использовать предлагаемое техническое решение при устройстве нестандартных быстровозводимых сооружений.

Купольное сооружение на Луне с эффективной спиральной защитной оболочкой было изготовлено в виде модели в строительной лаборатории кафедры ПСК ТвГТУ и показало возможность его возведения, как на Земле, так и в реальных условиях строительства на Луне.