Способ строительства купольного сооружения на Луне Российский патент 2020 года по МПК E04B1/32 E04G11/04 

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

Известен способ возведения купольных железобетонных сводов, включающий наполнение воздухом до рабочего давления пневмоопалубки, выполненной из эластичных формообразующих элементов, установку элементов каркаса, укладку и закрепление на пневмоопалубке армирующей сетки (RU, п. №2213835, МПК E04G 11/04, 2003 г.).

Недостатком этого решения является высокая трудоемкость возведения такого сооружения.

Известен способ защиты сооружения от микрометеоритов и радиации на Луне путем создания защитной оболочки из мешков, которые привозятся с Земли и заполняются местным грунтом – реголитом (проект «MoonBaseTwo» студии «Architecture and vision» [space-future.blogspot.ru]).

Недостатком такого решения является сложность реализации за счет выполнения трудоемкой операции по заполнению грунтом реголитом и укладке отдельно взятых мешков, а также снижение устойчивости защитной оболочки сооружения за счет сложности достижения ровной укладки мешков с реголитом, что снижает, в целом, эффективность его использования.

Известно использование полимерных жгутов для заделки швов в панельном домостроении (например, пенополимерный жгут «ИЗОКОМ» https://penetron-krr.ru/production/?ID=707). Однако применение данного технического решения для формирования защитных оболочек сооружений, в частности, для использования на Луне не обнаружено.

Известны пластиковые водоотводные каналы – лотки для устройства дренажа (например, водоотводные каналы – лотки фирмы DrainMarket.RU (https://drainmarket.ru) или (https://remstd.ru/archives/sistemyi-vodootvoda/#). Однако применение данного технического решения для формирования защитных оболочек сооружений, в частности, для использования на Луне не обнаружено.

Наиболее близким техническим решением является способ, реализуемый при возведении купольного сооружения, включающий установку жесткого каркаса с формированием наружной защитной и внутренней оболочек с образованием полости с пониженным атмосферным давлением (RU, п. № 2490398, МПК E04B 1/32, 2013г.).

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

При создании настоящего изобретения была поставлена задача по разработке более эффективного способа возведения купольного сооружения с защитной оболочкой на Луне.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении надежности, упрощении технологии возведения сооружений, снижении материалоемкости и трудоемкости.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в способе строительства купольного сооружения на Луне, включающего установку надувного купола с организацией защитной оболочки из грунта реголита, защитная оболочка выполняется путем послойной непрерывной укладки вокруг купола на всю его высоту и ширину гибких элементов в виде упругого полимерного жгута, причем полимерный жгут может быть полым, роботом-манипулятором на колесном ходу, который перемещается вокруг купола по рельсовому пути, причем послойную защитную оболочку можно выполнять путем непрерывной укладки слоев из гибкого пластикового канала – лотка с перфорированным дном, с одновременной подачей в него лунного грунта реголита роботом-манипулятором, причем реголит поступает из передвижной автоматической станции-накопителя, кроме этого одновременно с подачей реголита в непрерывную гибкую несъемную опалубку может подаваться полимерное связующее и полимерная или композитная фибра повышенного сцепления.

Исполнение защитной эластичной оболочки путем послойной непрерывной укладки вокруг надувного купола на всю его высоту и ширину слоев из упругого полимерного жгута (например, пенополимерный жгут «ИЗОКОМ», используемый для герметизации межпанельных швов в панельном домостроении) роботом-манипулятором на колесном ходу (например,роботы http://roboticslib.ru/books/item/f00/s00/z0000006/st064.shtml или Каталог роботов для строительства - http://robotrends.ru/robopedia/katalog-robotov-dlya-stroitelstva), который перемещаясь по рельсовому пути вокруг надувного купола, позволяет, во-первых, более быстро формировать защитную оболочку за счет использования и укладки легкого гибкого элемента - упругого полимерного жгута, а, во-вторых, формировать более надежную защитную оболочку за счет возможности отражения - отскока части метеоритных частиц за счет упругости полимерного жгута.

Использование полого полимерного жгута позволяет снизить его вес, что важно учитывать при его транспортировании и укладке, а кроме этого повысить устойчивость защитной оболочки за счет увеличения толщины защитных слоев при их сжатии от веса вышележащих слоев и увеличения площади контактной зоны – сцепления между слоями, что упрощает процесс строительства купольного сооружения с защитной оболочкой на Луне и повышает надежность ее работы.

При этом за счет установки – укладки рельсового пути, например, из композитных легких материалов и использования робота-манипулятора возможно, во-первых, более быстро, точно и равномерно выполнять укладку защитного слоя из полимерного жгута, а, во-вторых, более эффективно выполнять ремонтные работы при обслуживании защитной оболочки надувного купола, что повышает эффективность использования способа.

Организация послойной по высоте защитной оболочки путем непрерывной укладки слоев из гибкого пластикового канала – лотка с перфорированным дном с одновременной подачей в него роботом-манипулятором лунного грунта реголита, поступающий из передвижной автоматической станции-накопителя, позволяет организовать непрерывный процесс заполнения несъемной опалубки грунтом реголитом, что ускоряет процесс формирования защитного слоя. При этом организация слоев из гибкого пластикового канала – лотка позволяет: повысить устойчивость защитной грунтовой оболочки, не позволяя ей сползать, а наличие отверстий в дне пластикового канала – лотка позволяет дополнительно повысить сцепление слоев, что в целом повышает ее устойчивость. Кроме этого за счет возможности организации непрерывного процесса укладки гибкого пластикового канала – лотка с перфорированным дном повышается технологичность процесса формирования защитного слоя купола. При этом за счет гибкости пластикового канала – лотка обеспечивается удобство транспортирования и складирования, появляется возможность в пределах сечения пластикового канала – лотка использовать грунт реголит различной крупности, а также обеспечивается максимальный контакт с куполом, укладывая гибкий пластиковый канал – лоток согласно форме и рельефу купола. Все это в целом, повышает эффективность использования способа.

Кроме этого при использовании гибкого пластикового канала – лотка снижаются затраты за счет сохранения одной толщины слоя по всей высоте защитной оболочки купола, поэтому требуется меньший объем подсыпаемого грунта реголита, что также повышает эффективность использования способа.

Выполнение операции по одновременной подаче в гибкий пластиковый канал – лоток грунта реголита и полимерного связующего, например, монтажной пены или эпоксидной смолы позволяет организовать процесс формирования защитной оболочки повышенной устойчивости. При этом, в случае с подачи смеси из реголита и связующего в непрерывную гибкую пластиковый канал – лоток одновременно выполнять операцию по структурному ее упрочнению путем подачи полимерной или композитной (более легкая, чем стальная) фибры повышенного сцепления, например микросеток или многоанкерной фибры (согласно патентам: № 2490406, №2582254), повышается прочность защитной оболочки, что в целом повышает эффективность использования способа.

Способ строительства купольного сооружения на Луне поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображена технологическая схема возведения купольного сооружения на Луне; на фигуре 2 - элемент укладки двух слоев из полимерного жгута; на фигуре 3 - элемент укладки двух слоев из полого полимерного жгута; на фигуре 4 - элемент укладки трех слоев из полого полимерного жгута после сжатия от веса вышележащих слоев; на фигуре 5 - фрагмент гибкого пластикового канала – лотка; на фиг. 6 - Вид I.

На фигурах обозначено: 1 - основание; 2 - надувной купол; 3 – рельсовый путь; 4 – робот-манипулятор; 5 – слои защитной оболочки; 6 - грунт реголит; 7 – отверстия; 8 – станция-накопитель; 9 – защитный композитный колпак.

Способ строительства купольного сооружения на Луне реализуется следующим образом.

Сначала подготавливается - выравнивается основание 1 (фиг. 1). После этого возводится надувной купол 2 по известным методикам (например, согласно патенту № 2490398), который доставляется с Земли. Затем укладывается рельсовый путь 3, например, из легких композитных материалов, вокруг надувного купола 2. Устанавливается на рельсовом пути 3 робот-манипулятор 4. Далее формируется защитная оболочка купола 2 путем послойной укладки полимерных жгутов, в том числе полых, 5 (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) роботом-манипулятором 4, который перемещается вокруг надувного купола 2. Для более надежной защиты надувного купола формируют по ширине, по крайней мере, второй защитный слой по той же методике. После формирования защитной оболочки устанавливается защитный композитный колпак 9.

Для создания более надежной защиты надувного купола 2, например, в случае попадания в надувной купол крупных космических частиц формируют защитную оболочку из гибкого пластикового канала – лотка 5 (фиг. 5, фиг. 6) путем его послойной укладки роботом-манипулятором 4 и заполнения грунтом реголитом 6. Для более надежного сцепления между слоями 5 защитной оболочки укладывают гибкий пластиковый канал – лоток с перфорированным дном – с отверстиями 7 (фиг. 5, фиг. 6). При этом можно дополнительно повысить устойчивость защитной оболочки и снизить проницаемость космического излучения, для чего гибкий пластиковый канал – лоток заполняют одновременно грунтом реголитом и полимерным связующим, например, монтажной пеной или эпоксидной смолой, а также с включением фибры повышенного сцепления.

Эффективность строительства и работы купольного сооружения на Луне во многом зависит от рационального соединения ее основных элементов, оптимального количества этих элементов с учетом характера воздействия вредного космического излучения и метеорной пыли, а также действия нагрузки.

На общей конструктивно-технологической схемы возведения купольного сооружения на Луне с защитной оболочкой (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) видно, что основные конструктивные элементы купольного сооружения на Луне связаны между собой с учетом воздействия метеоритной угрозы и космического излучения, технологичности его возведения с учетом возможности формирования слоев защитной оболочки из непрерывных гибких элементов в виде полимерного жгута или гибкого пластикового канала – лотка, заполненного грунтом реголитом. Поэтому предлагаемый способ строительства купольного сооружения на Луне может быть реализован более эффективно, чем известные способы, так как сама технология возведения и вся конструкция купольного сооружения обеспечивает возможность регулирования степени распределения защитных слоев вокруг надувного купола независимо от его формы и размера. При этом повышается технологичность выполнения основных операций по возведению купольного сооружения на Луне с защитной оболочкой, сокращаются потери времени при выполнении отдельных операций за счет применения универсальных непрерывных гибких элементов – защитного жгута или пластикового канала – лотка, заполняемого грунтом реголитом или эффективными упрочненными смесями на его основе, что, в целом, позволяет перейти к технологии быстровозводимых купольных сооружений на Луне с эффективной защитной оболочкой.

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

Способ строительства купольного сооружения на Луне с эффективной защитной оболочкой был опробован на модели в строительной лаборатории кафедры ПСК ТвГТУ и показал возможность его реализации, как на Земле, так и в реальных условиях строительства на Луне.

Изобретение относится к области строительства, в частности к быстро возводимым защитным сооружениям на Луне. Cпособ строительства купольного сооружения на Луне включает установку надувного купола с организацией защитной оболочки из грунта реголита. Защитную оболочку выполняют путем послойной непрерывной укладки вокруг купола на всю его высоту и ширину гибких элементов в виде упругого полимерного жгута, причем полимерный жгут может быть полым, роботом-манипулятором на колесном ходу, который перемещается вокруг купола по рельсовому пути. Послойную защитную оболочку можно выполнять путем непрерывной укладки слоев из гибкого пластикового канала – лотка с перфорированным дном, с одновременной подачей в него лунного грунта реголита роботом-манипулятором. Реголит поступает из передвижной автоматической станции-накопителя. Одновременно с подачей реголита в непрерывную гибкую несъемную опалубку может подаваться полимерное связующее и полимерная или композитная фибра повышенного сцепления. Изобретение позволяет повысить надежность сооружения, упростить технологию его возведения, снизить материалоемкость и трудоемкость. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ строительства купольного сооружения на Луне, включающий установку надувного купола, организацию защитной оболочки, отличающийся тем, что защитную оболочку выполняют путем послойной непрерывной укладки вокруг купола на всю его высоту и ширину слоев из гибких элементов в виде упругого полимерного жгута роботом-манипулятором на колесном ходу, который перемещается вокруг купола по рельсовому пути.

2. Способ строительства купольного сооружения на Луне по п. 1, отличающийся тем, что послойную непрерывную укладку выполняют из полого упругого полимерного жгута.

3. Способ строительства купольного сооружения на Луне по п. 1, отличающийся тем, что защитную оболочку выполняют путем послойной непрерывной укладки вокруг купола на всю его высоту слоев из гибкого пластикового канала – лотка с перфорированным дном, с одновременной подачей в него лунного грунта реголита роботом-манипулятором, причем грунт реголит поступает из передвижной автоматической станции-накопителя.

4. Способ строительства купольного сооружения на Луне по п. 3, отличающийся тем, что одновременно с подачей грунта реголита в непрерывный гибкий пластиковый канал – лоток с перфорированным дном подают полимерное связующее.

5. Способ строительства купольного сооружения на Луне по п. 4, отличающийся тем, что одновременно с подачей грунта реголита и связующего в непрерывный гибкий пластиковый канал – лоток с перфорированным дном подают полимерную или композитную фибру повышенного сцепления.