КОНСТРУКЦИЯ ЗАЩИТНОГО СООРУЖЕНИЯ ОБИТАЕМОЙ СТАНЦИИ НА ПОВЕРХНОСТИ ЛУНЫ И СПОСОБ ЕЁ ВОЗВЕДЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК B64G1/54 E04G11/04 

Изобретение относится к космической технике, а именно к способам, конструкциям и технологиям защиты жилых и служебных сооружений от опасных факторов космического пространства в условиях поверхности Луны и других естественных объектах Солнечной системы.

Процесс масштабного исследования и освоения Луны начнется с возведения на ее поверхности временной станции, которая позволит первым ее обитателям организовать и провести подготовительные мероприятия для создания долговременной обитаемой базы. Этот этап строительства обитаемой лунной станции называется нулевым (Луна - шаг к технологиям освоения Солнечной системы // Под научной редакцией Легостаева В.П. и Лопоты В.А. М.: РКК «Энергия», 2011. - 584 с. (С. 274)).

Основой концепции строительства обитаемых сооружений на Луне является их максимальная защищенность от агрессивных воздействий внешней среды, прежде всего от космического излучения и метеоритов, использование лунного природного материала и возможность длительного и комфортного пребывания в них астронавтов, в том числе, и на первом этапе колонизации. Перечисленные особенности этих сооружений, в свою очередь, устанавливают ряд технологических требований к ним: газонепроницаемость, устойчивость к регулярным импактным воздействиям метеоритов, простота конструкции и способа строительства, допускающие их роботизированное возведение (Леонов В.А., Багров А.В., Галеев С.А, Малая Е.В., Нечаев А.Л. Концепция строительства быстровозводимых укрытий на Луне // Материалы 54-х научных чтений памяти К.Э. Циолковского «Научное наследие и развитие идей К.Э. Циолковского». Калуга: Изд-во АКФ «Политоп», 2019. С. 225-228).

Первые проекты лунных баз стали появляться уже после 1946 года (Луна - шаг к технологиям освоения Солнечной системы // Под научной редакцией Легостаева В.П. и Лопоты В.А. М.: РКК «Энергия», 2011. - 584 с). Проекты рассматривали различные варианты лунных жилищ: искусственные сооружения, использование естественных полостей и защитных свойств лунного вещества, создание замкнутых систем жизнеобеспечения и т.д. Но от некоторых вариантов, например, использования естественных полостей сразу же отказались по причине их трудоемкости и длительности реализации.

Существующие конструкции лунных обитаемых станций и способы их возведения, как правило, отличаются большими трудозатратами и материалоемкостью, что снижает возможность роботизации процессов их возведения. Например, согласно патенту РФ, на изобретение №2624893 (бюлл. №19, опубл. 07.07.2017) средство защиты от воздействия опасных факторов космического пространства в условиях поверхности Луны представляет собой конструкцию, состоящую из оболочек (пакетов), заполненных уплотненным реголитом до плотности 3,0 г/см³, которые уложены на сетку типа «рабица», под которой находится несущая структура, представляющая собой каркас из плоскосвернутых (полимерных) труб, раздуваемых с помощью химических генераторов газов. Средство защиты образует арочную конструкцию, под которой находится защищаемый объект. Кроме вышеприведенных недостатков, присущих предлагаемым защитным сооружениям, эта конструкция имеет такие недостатки, как сложность заполнения уплотненным реголитом оболочек (пакетов) и их последующей ровной укладки на сетку, что снижает устойчивость защитной оболочки сооружения в целом.

Анализ существующих конструкций обитаемых станций на Луне и способов их возведения позволил сформулировать основную задачу предлагаемого изобретения, которая заключается в разработке конструкции строительного элемента станции, способного не только выдержать массу защитного слоя реголита, но и иметь достаточно простой способ для его возведения, позволяющий в дальнейшем его полностью роботизировать.

В настоящее время считается, что одной из наиболее рациональных и выгоднейших форм пространственных тонкостенных конструкций является купол (Цай Т.Н. Строительные конструкции. Железобетонные конструкции: Учебник. 3-е изд., стер. СПб.: Издательство «Лань». 2012. - 464 с. (С. 337)). Известно, что купольные строительные конструкции являются одними из самых прочных строительных конструкций. Так, например, сферические купола выдерживают нагрузку до 650-700 кг/м² (таблица преимуществ и недостатков купольных домов. Крым-дом-ЛСТК [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://crimeadomlstk.com/tablitsa-preimushestv-i-nedostatkov-kupolnyh-domov.html). Только подобная строительная конструкция в условиях Луны сможет выдержать большую массу слоя реголита, необходимого для защиты лунной базы от воздействия радиации и ударов метеоритов. Подобная прочность обеспечивается равномерным распределением нагрузок на все точки поверхности купольной конструкции.

Достоинства, которыми обладают купольные конструкции, позволяют их применять не только при строительстве объектов различного назначения, но и в различных климатических зонах, в том числе, и в условиях сурового климата (Тур В.И. Купольные конструкции: формование, расчет, конструирование, повышение эффективности: Учебное пособие. М.: Издательство АСВ. 2004. - 96 с. (С. 8)), например, как считают авторы предлагаемого изобретения, на Луне и других космических объектах Солнечной системы. Поэтому авторами предлагаемого изобретения было предложено в качестве силового строительного элемента обитаемой станции использовать купольную конструкцию.

Примером купольной конструкции, которую предлагалось использовать в качестве защитной строительной конструкции базы на Луне, была стрельчатая купольная конструкция, возводимая из реголитовых блоков с помощью пневмоопалубки, представленная в материалах 52-х Научных чтениях памяти К.Э. Циолковского (Янов И.В., Пыжов A.M., Лукашова Н.В. и др. Оценка возможности возведения и защиты обитаемой базы на поверхности Луны // Материалы 52-х научных чтений памяти К.Э. Циолковского. Калуга: Изд-во АКФ «Политоп», 2017. С. 307-308). Для защиты обитателей станции от радиационной и метеоритной опасности купольное сооружение укрыто слоем лунного грунта необходимой толщины, на который уложен слой блоков из реголита с упором в стенки кратера. Внутри купола установлен надувной жилой модуль и система жизнеобеспечения. Подобный защитный купол, как считают авторы предложенной конструкции, может быть основой строительных конструкций будущих лунных обитаемых баз, которые вполне могли бы стать альтернативой подземным лунным жилищам. Однако в этой купольной блочной конструкции не была до конца решена проблема скрепления блоков.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является защитное сооружение, приведенное в статье журнала «Воздушно-космическая сфера» (Пыжов A.M., Синицын Д.А., Янов И.В., Лукашова Н.В., Багров А.В., Леонов В.А. Защитный купол обитаемой станции на поверхности Луны // Воздушно-космическая сфера. 2019. №3. С. 44-49), в которой описана купольная конструкция защитного сооружения временной обитаемой станции на поверхности Луны, возводимого с помощью пневмоопалубки. В статье в качестве защитного и одновременно несущего элемента лунной обитаемой станции была предложена коническая купольная конструкция, состоящая из слоев, уложенных плашмя друг на друга трапециевидных реголитовых блоков, меньшее основание которых упирается в пневмоопалубку. Защитное сооружение устанавливается в естественном углублении на поверхности Луны и содержит шлюзовую камеру для выхода астронавтов на ее поверхность. Для скрепления слоев из реголитовых блоков друг с другом торец каждого блока, упирающийся в пневмоопалубку, снабжен коническим выступом. Такие выступы могут не только препятствовать перемещению слоев блоков относительно друг друга в горизонтальной плоскости, но и в случае необходимости, например, при лунотрясениях, ограничивать степень этого перемещения. Внутри защитного сооружения расположен жилой модуль, который соединен со шлюзовой камерой и с системой жизнедеятельности. Для защиты от космической радиации и сейсмического воздействия метеоритов на купольную конструкцию нанесен слой реголита толщиной 4 м, на который с целью его предохранения от ударного проникновения метеоритов уложен слой спеченных реголитовых блоков.

Согласно литературным данным и проведенным оценочным расчетам, подобная защитная конструкция способна защитить обитателей лунной станции от воздействия космической радиации и ударного воздействия метеоритов массой до 300 г.

Однако, несмотря на простоту конической конструкции, установка в ней шлюзовой камеры в области опорного пояса купольного сооружения будет приводить к снижению ее прочности, а, с точки зрения рационального использования внутреннего объема, подобная конструкция не является достаточно эффективной. Кроме того, проблема скрепления блоков в купольной конструкции решена частично, поскольку блоки в ней могут перемещаться относительно друг друга в радиальном направлении. Все эти недостатки негативно скажутся на защитные и эксплуатационные свойства станции.

В связи с этим авторами была поставлена задача разработки более эффективной конструкции защитного сооружения временной обитаемой базы на поверхности Луны с точки зрения более рационального использования внутреннего объема, простоты и возможности установки шлюзовой камеры без потери прочности сооружения и решения проблемы скрепления блоков друг с другом.

Технический результат, на решение которого направлено изобретение, заключается в повышении защитных и эксплуатационных свойств защитной конструкции лунной обитаемой станции с учетом установки шлюзовой камеры для выхода экипажа станции на поверхность Луны.

Технический результат достигается тем, что в конструкции защитного сооружения обитаемой станции на поверхности Луны, расположенного в естественном углублении на лунной поверхности, включающей защитное укрытие, состоящее из противометеоритного слоя реголитовых блоков, размещенное на противорадиационном слое насыпного реголита, которое уложено с упором в стенки углубления на купольную несущую конструкцию конический формы, состоящую из слоев, уложенных друг на друга трапециевидных реголитовых блоков, причем слои из блоков скреплены друг с другом с помощью конических выступов на торцах блоков, упирающихся в пневмоопалубку, а внутри защитного сооружения находятся система жизнеобеспечения и жилой модуль, соединенные со шлюзовой камерой для выхода на поверхность Луны, толщина противорадиационного слоя насыпного реголита составляет от 1-го до 3-х м, а толщина противометеоритного слоя реголитовых блоков - не менее 0,25 м, а несущая купольная конструкция защитного сооружения конической формы дополняется опорным кольцом, в качестве которого используется стеновая несущая конструкция цилиндрической формы, состоящая из реголитовых блоков трапециевидной формы, слои которых скрепляются друг с другом за счет прямоугольных выступов на торцах блоков, обращенных к пневмоопалубке, изготовленной из многослойного полимерного материала и состоящей из двух герметично соединяемых секций, верхняя из которых используется для возведения купольного покрытия и цилиндрической части несущей конструкции, а вторая секция является ее основанием, укладываемым на строительную площадку, причем внутри стеновой конструкции находится жилой модуль с емкостью для воды, выход из которого на поверхность Луны осуществляется с помощью шлюзовой камеры, участок которой, проходящий через стенку цилиндрической конструкции упрочняется снаружи кольцом катушечной формы из композиционного материала, а все реголитовые блоки конической и цилиндрической частей защитного сооружения дополняются боковыми выступами и углублениями, форма и размеры которых соответствуют друг другу, что обеспечивает жесткое соединение и препятствуют их перемещению в радиальном направлении.

Для оценки эффективности различных форм защитных сооружений было проведено сравнение расчетных объемов стрельчатой и конической купольных конструкций, имеющих равные габариты на примере сооружения, имеющего высоту - 8 м, а диаметр основания -10 м. Оказалось, что объем сооружения стрельчатой формы более чем в 1,7 раза больше, чем объем сооружения конической формы. Кроме того, замена стрельчатой формы сооружения на близкую к ней комбинацию, состоящую из двух частей - цилиндрической и конической форм в тех же габаритах приводит к упрощению конструкции без снижения ее объема.

Таким образом, расчеты показали, что наиболее оптимальной конструкцией защитного сооружения обитаемой станции является конструкция, состоящая из нижней цилиндрической части и верхней конической. Кроме того, установка шлюзовой камеры в нижнюю цилиндрическую часть защитного сооружения не будет влиять на прочность купольного покрытия и всего сооружения в целом при условии упрочнения части шлюзовой камеры, находящейся внутри стеновой цилиндрической конструкции. В связи с этим, для упрочнения данного участка шлюзовой камеры, на него предлагается установить кольцо катушечной формы из композиционного материала. Для решения проблемы перемещения реголитовых блоков в конструкциях в радиальном направлении боковые поверхности всех блоков предложено дополнительно снабдить углублениями и выступами, форма и размеры которых соответствуют друг другу, что обеспечивает их жесткое соединение и препятствует перемещению.

Конструкция защитного сооружения обитаемой станции на поверхности Луны в соответствии с предлагаемым изобретением представлена на фиг. 1, где:

1 - противометеоритный слой реголитовых блоков; 2 - противорадиационный слой насыпного реголита; 3 - купольное коническое покрытие из реголитовых блоков; 4 - кратер на поверхности Луны; 5 - стеновая несущая конструкция цилиндрической формы из реголитовых блоков; 6 - верхняя секция пневмоопалубки; 7 - жилой модуль; 8 - нижняя секция пневмоопалубки; 9 - шлюзовая камера; 10 - люк для выхода на поверхность Луны; 11 - стенка кратера на поверхности Луны; 12 - кольцо катушечной формы для упрочнения участка шлюзовой камеры; 13 - оборудование системы жизнеобеспечения.

В качестве примера приводится конструкция защитного сооружения обитаемой станции на поверхности Луны, состоящая из двух частей - из нижней блочной части цилиндрической формы диаметром 10 м и высотой 3 м, на которой находится верхняя часть сооружения - купольное коническое покрытие, диаметр основания которого составляет 10 м, а высота - 5 м. Защитное сооружение состоит из отдельных слоев блоков, изготовленных из реголита и скрепленных между собой.

Для расчета требуемого количества блоков различной номенклатуры для верхней конической части защитного сооружения была разработана компьютерная программа на платформе «Bootstrap» (https://cloud.mail.ru/public/3He3/ot2csJiXx). Расчет показал следующие результаты:

- нижняя цилиндрическая часть сооружения состоит из 12 слоев, в которых находятся 1068 штук реголитовых блоков, форма которых приведена на фиг. 2 (позиция 5). Габариты блоков цилиндрической части толщиной 0,25 м составляют 0,75×0,35 м;

- верхняя коническая часть - купольное покрытие защитного сооружения состоит из 18 слоев (ярусов), в которых находятся 444 реголитовых блока, форма которых приведена на фиг. 2 (позиция 3). Длина блоков составляет 0,75 м, а толщина - 0,25 м. В зависимости от места расположения блоков в куполе их ширина изменятся от 0,5 до 0,375 и 0,25 м.

В качестве шлюзовой камеры используется часть космического аппарата, которая в месте прохождения ее через стенку углубления на поверхности Луны упрочняется кольцом катушечной формы из композиционного материала. На несущей блочной конструкции, состоящей из нижней цилиндрической части и купольного покрытия, находится противорадиационный слой насыпного реголита толщиной от 1 до 3 м (фиг. 1, позиция 2). Дополнительная защита обитателей жилого модуля - размещение приборов и оборудования вдоль стен и на крыше модуля (Луна - шаг к технологиям освоения Солнечной системы / Под научной редакцией Легостаева В.П. и Лопоты В.А. М: РКК «Энергия», 2011. - 584 с. (С. 286)) (фиг. 1, позиция 13).

Известно, что лунный поверхностный грунт - реголит является хорошей защитой от воздействия солнечной и космической радиации, а его слой толщиной 2-3 м даже без уплотнения значительно снижает радиационную опасность внутри жилого отсека (Шевченко В.В. Лунная база. М.: Знание, 1991. - 64 с. (С. 35)). Это подтверждается и другими авторитетными специалистами в области космической техники, которые также считают, что слой лунного грунта толщиной около трех метров надежно защитит обитаемые модули от солнечной и галактической радиации, и небольших метеороидов (Луна - шаг к технологиям освоения Солнечной системы // Под научной редакцией Легостаева В.П. и Лопоты В.А. М: РКК «Энергия», 2011. - 584 с. (С. 277). В последнее время у ученых, специалистов по космическим исследованиям сформировалось мнение, что «полтора-два метра лунного реголита дадут достаточно хорошую защиту, которую не смогут пробить даже тяжелые частицы лучей космических энергий» (Бурцева Н.Л. Лев Зеленый: Луна - «седьмой континент» Земли // Воздушно-космическая сфера. 2019. №3. С. 10-15).

Реальная толщина слоя насыпного реголита в каждом конкретном случае будет зависеть от предварительно проведенных исследований радиационной способности лунного грунта в месте установки защитного сооружения на поверхности Луны. При этом нужно учитывать и защитную способность стенок защитного сооружения, плотность реголита в которых составляет более 2,0 г/см². Кроме того, в защите от космического и солнечного излучения, в какой-то мере будут участвовать и стенки естественного углубления, в котором будет находиться защитное сооружение.

На противорадиационный слой насыпного реголита помещается противометеоритный слой реголитовых блоков толщиной не менее 0,25 м (фиг. 1, позиция 1), препятствующий проникновению микрометеоритов и метеоритов в слой насыпного реголита.

В связи с последней информацией о противорадиационной способности реголита нами был проведен оценочный расчет способности противорадиационного слоя реголита противостоять ударам метеоритов.

В настоящее время принята ударно-взрывная аналогия импактного воздействия метеоритов на кору Земли (или другой планеты), согласно которой высокоскоростной удар метеорита подобен взрывному процессу. В наибольшей степени этой аналогии удовлетворяют заряды конденсированных взрывчатых веществ (ВВ) типа тротила (ТНТ), взрываемые на малой глубине, либо на поверхности преграды (Шишкин Н.И. Влияние импульса метеорита на размеры ударного кратера // Прикладная механика и техническая физика. 2011. Т. 52. №6. С. 3-12). Известно, что, взрыв заряда ВВ в какой-либо среде приводит к колебательному движению этой среды и сооружений, расположенных в ней. Подобное воздействие взрыва называется сейсмическим и может привести к образованию трещин в сооружении или его разрушению (Эпов Б.А. Основы взрывного дела. М.: Воениздат, 1974. - 224 с (С. 160-161)).

Анализ литературных данных показал, что при ударном воздействии метеорита на прочную преграду в большей степени опасность представляет не внедрение его в преграду за счет кинетической энергии (в этом случае метеорит внедряется на глубину, приблизительно равную его диаметру (Шишкин Н.И. Влияние импульса метеорита на размеры ударного кратера // Прикладная механика и техническая физика. 2011. Т. 52. №6. С. 3-12), а ударная волна, которая распространяется на значительно большую глубину (глубину трещинообразования) и приводит к образованию трещин в сооружении или его разрушению. Так, например, согласно данным (Комир В.М. и др. Моделирование разрушающего действия взрыва в горных породах. М.: Наука, 1972. - 215 с. ) радиус зоны трещинообразования в породах горного массива находится в пределах 20-30 радиусов заряда.

В связи с этим был проведен оценочный расчет зон разрушения в противорадиационном реголитовом слое при ударном воздействии метеоритов различной массы. Для расчетов был выбран наиболее распространенный каменный тип метеоритов (Додд Р.Т. Метеориты. Петрология и геохимия. Монография. М.: Мир, 1986. - 384 с. (С. 18)).

Исходные данные:

- толщина противорадиационного слоя реголита - 1-3 м;

- плотность сферического заряда-аналога ТНТ эквивалентного действию удара метеорита о поверхность Луны - 1600 кг/м³ (Орлова Е.Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. Л.: Химия, 1973. - 688 с. (С. 681));

- энергия взрыва 1 кг ТНТ - 4,186⋅106 Дж (там же);

- средняя скорость удара метеоритов о лунную поверхность - 27000 м/с (Попель СИ., Голубь А.П., Лисин Е.А., Извекова Ю.Н. и др. Удары высокоскоростных метеороидов и отрыв пылевых частиц от поверхности Луны // Письма в ЖЭТФ. 2016. Т. 103. Вып. 9. С. 641-646);

- средняя плотность каменного метеорита - 3540 кг/м³ (Зигель Ф.Ю. Вещество Вселенной. М.: Химия, 1982. - 176 с. (С. 79));

Расчет объема и радиуса метеоритов проводился при условии, что их форма близка к шару. Масса зарядов-аналогов ТНТ оценивалась из сравнения кинетической энергии метеоритов различной массы с энергией взрыва одного килограмма ТНТ.

Зоны разрушения противорадиационного слоя реголита зарядами-аналогами ТНТ, взрываемыми на малой глубине и моделирующими действие ударов метеоритов о поверхность реголита, оценивались зависимостями, приведенными в статье журнала сетевого издания (Вохмин С.А., Курчин Г.С, Кирсанов А.К., Грибанова Д.А. Обзор существующих методик расчета параметров зон разрушения породного массива // Современные проблемы науки и образования. 2015. №1-1; URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=19369 (дата обращения: 05.03.2021)).

Результаты расчета основных зон разрушения, возникающих в противорадиационном слое реголита от взрыва сферических зарядов-аналогов ТНТ, приведены в таблице 1.

Таким образом, анализ литературных данных и проведенные расчеты показали, что защитный слой реголита толщиной 1-3 м способен защитить обитателей лунной станции на поверхности Луны от космической радиации, а несущую строительную конструкцию станции от разрушения ударами каменных метеоритов массой от 10 до 100 г соответственно. Для того чтобы предотвратить ударное проникновение метеорита, в противорадиационный насыпной слой реголита на него укладывается слой материала с большей плотностью и прочностью, например, из спеченного или плавленого лунного базальта или реголита толщиной не менее 0,25 м.

Известно, что купольные конструкции по расходу материалов при их возведении среди пространственных жестких систем являются самыми экономичными, причем эффективность этих конструкций возрастает с увеличением пролета (Тур В.И. Купольные конструкции: формование, расчет, конструирование, повышение эффективности: Учебное пособие. М: Изд. АСВ. 2004. - 96 с. (С. 7)). Предпочтительным способом возведения монолитных бетонных купольных конструкций в условиях Земли в настоящее время считается способ с применением пневматической опалубки (Лебедева Н.В. Учеб. Пособие. М: «Архитектура-С». 2006. - 130 с. (С. 70)). Пневматическая опалубка не требует больших затрат на транспортирование, монтаж и эксплуатацию. Достоинствами пневматических надувных опалубок являются большая несущая способность, надежность и возможность перекрытия больших пролетов. С помощью такой опалубки можно возводить конструкции в самых труднодоступных местах. Важными преимуществами пневмоопалубок является их малая масса, высокая оборачиваемость и низкая трудоемкость монтажа и демонтажа. Основным недостатком такого способа возведения купольных конструкций является необходимость применения «мокрой технологии» - применения большого количества жидкого бетона и технологии торкретирования (пневмонабрызга), а также торкрет-пушки, что сопровождается неизбежными потерями бетонной смеси, что практически невозможно осуществить в условиях сурового климата, например, на Луне и других объектах солнечной системы.

В связи с этим в описании патента РФ на изобретение №2694455 (опубл. в бюлл. №29, 15.07.2019) был предложен достаточно простой способ возведения стрельчатых купольных сооружений на пневматической опалубке с помощью блочных изделий, изготавливаемых из местного материала, в том числе, и в условиях Луны - из реголита. Предложенный способ возведения купольных конструкций основан на укладке блочных изделий, имеющих форму прямоугольного параллелепипеда, длина которого больше его удвоенной толщины, вокруг пневмоопалубки горизонтальными рядами (слоями), параллельно основанию. При этом одними торцами блоки упираются в оболочку пневмоопалубки и образуют внутреннюю поверхность купола, а другие торцы изделий образуют его наружную поверхность. Для возведения стрельчатого купольного сооружения использована пневмоопалубка, состоящая из трех герметично соединенных секций, верхняя из которых представляет собой прямой круговой конус, образующая которого наклонена к его основанию под углом в 45°, а высота и радиус основания составляют 7/10 частей от радиуса основания купола, средняя секция является слоем сферы, меньший радиус которого равен радиусу основания конусной части опалубки, а больший радиус равен радиусу основания купола.

Однако, согласно описанию упомянутого изобретения, для скрепления блоков авторами было предложено использовать водную композицию на основе натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, что в условиях Луны не приемлемо. Кроме того, пневмоопалубка для возведения стрельчатого купола представляет собой достаточно сложное в раскрое и изготовлении изделие.

Наиболее близким способом возведения предлагаемой конструкции защитного сооружения обитаемой станции на поверхности Луны является способ возведения купольной конической конструкции из реголитовых блоков с помощью пневмоопалубки описанный в статье журнала «Воздушно-космическая сфера» (Пыжов A.M., Синицын Д.А., Янов И.В., Лукашова Н.В., Багров А.В., Леонов В.А. Защитный купол обитаемой станции на поверхности Луны // Воздушно-космическая сфера. 2019. №3. С. 44-49).

Способ возведения защитного сооружения, согласно статье журнала, состоит в следующем. В углублении на поверхности Луны надувается пневмоопалубка купола, укладывается шлюзовая камера, после чего вокруг конической пневмоопалубки горизонтальными слоями параллельно основанию укладываются предварительно изготовленные трапециевидные блоки из реголита, меньшие основания которых упираются в пневмоопалубку, образуя коническое защитное сооружение. Для скрепления слоев из блоков их торцы, упирающиеся в пневмоопалубку, снабжены коническим выступом. Такие выступы могут не только препятствовать перемещению слоев блоков относительно друг друга, но и в случае необходимости, например, при сейсмических воздействиях (лунотрясениях), ограничивать степень этого перемещения в определенных пределах.

Далее на сформированную из спеченных реголитовых блоков коническую оболочку купола наносится четырехметровый слой противорадиационной защиты из лунного грунта, на который сверху для защиты от прямого попадания метеоритов укладывается еще один слой блоков с упором в стенки углубления. В случае если купольное сооружение предназначается для проживания астронавтов, внутри опалубки устанавливается герметичный жилой модуль, который дополняется необходимым оборудованием для их жизнеобеспечения.

При необходимости рядом с возведенным защитным куполом могут устанавливаться еще несколько защитных куполов, связанных между собой защищенными тоннелями, которые не повлияют на прочность основных конструкций.

Если в качестве жилых модулей применяют оболочки или различные части космических аппаратов, то в этом случае в углубление на поверхности Луны устанавливается оболочка аппарата, которая затем покрывается пневмоопалубкой.

Для изготовления блоков предлагается использовать мобильную СВЧ-печь, в которой будут спекаться предварительно отформованные блоки из реголита. Этот способ не требует достаточно тщательной предварительной подготовки реголита, в отличие от способа изготовления блоков с помощью 3D-принтеров и солнечных концентраторов (Леонов В. А., Багров А.В. Строительство помещений большой высоты на Луне. Материалы 54-х Научных чтений памяти К.Э. Циолковского. Калуга: Изд-во АКФ «Политоп», 2019. С. 247-248). В связи с этим возведение предложенного в статье конического защитного сооружения возможно только из отдельных реголитовых блоков, которые изготавливаются заранее любыми различными способами, например спеканием отформованных блоков в СВЧ-печи, с помощью 3D-принтеров и солнечных концентраторов.

Описанный в статье способ возведения купольного сооружения отличается большей простотой и возможностью дальнейшей роботизации, в отличие от способа возведения купольного защитного сооружения стрельчатой формы (патент РФ №2694455, опубл. в бюлл. №29, 15.07.2019). Это вызвано однообразием укладки блоков практически по всей поверхности пневмоопалубки, за исключением замковой области купола. Однако установка шлюзовой камеры в нижнюю часть конического купольного сооружения будет снижать прочность сооружения к сжатию за счет нарушения целостности опорного пояса в основании купольной конструкции.

Кроме того, в описанном способе возведения защитного сооружения не решена до конца проблема скрепления отдельных блоков между собой, что снижает прочность сооружения, а предлагаемая конструкция пневмоопалубки при использовании в качестве жилых модулей корпусов космических аппаратов в процессе возведения и дальнейшей эксплуатации защитного сооружения не может обеспечить защиту внутренней части сооружения от лунного вакуума и пыли.

В связи с этим авторами была поставлена задача разработки эффективного способа возведения конструкции защитного сооружения временной обитаемой базы на поверхности Луны с точки зрения обеспечения рационального использования внутреннего полезного объема, простоты, универсальности и возможности установки шлюзовой камеры без потери прочности сооружения, а также решения проблем скрепления блоков друг с другом и герметизации внутренней части сооружения.

Технический результат, на решение которого направлено изобретение, заключается в повышении эффективности способа возведения конструкции защитного сооружения обитаемой станции на поверхности Луны, направленного на повышение защитных и эксплуатационных свойств возводимого сооружения и снижения затрат на его возведение.

Технический результат достигается тем, что в способе возведения защитного сооружения обитаемой станции на поверхности Луны, включающем установку на предварительно подготовленной площадке в кратере - естественном углублении на лунной поверхности конической пневмоопалубки, установку шлюзовой камеры в основание пневмоопалубки и последующую укладку горизонтальными слоями параллельно строительной площадке трапециевидных спеченных реголитовых блоков впритык к пневмоопалубке меньшим основанием, содержащим конический выступ по направлению от опорного кольца купола к его ключу, засыпку конического сооружения противорадиационым слоем насыпного реголита, на который плашмя укладывается противометеоритный слой спеченных реголитовых блоков в упор в стенки кратера и последующую установку внутрь защитного сооружения надувного или иного герметичного жилого модуля и системы жизнеобеспечения, отличающийся тем, что перед подготовкой строительной площадки проделывается проем в стенке кратера для последующей доставки жилого модуля и укладки шлюзовой камеры, затем подготавливается строительная площадка на дне кратера, на которую укладывается нижняя секция двухсекционной эластичной пневмоопалубки, после этого через проем в стенке кратера доставляется жилой модуль диаметром 2,9-3,2 м и длиной до 8 м, а также элементы системы жизнедеятельности, которые укладываются на нижнюю секцию пневмоопалубки, затем снаружи периметра нижней секции пневмоопалубки выкладывается первый слой трапециевидных реголитовых блоков цилиндрической стеновой части защитного сооружения, содержащих выступы и углубления на боковых стенках и торцах, упирающихся в пневмоопалубку, благодаря которым блоки и слои из них скрепляются между собой, после чего на первый слой реголитовых блоков катушечнообразным кольцом сверху укладывается шлюзовая камера, из которой затем выталкивается верхняя секция многослойной эластичной опалубки, которой покрывают жилой модуль и все элементы системы жизнеобеспечения, после этого ее герметично соединяют с нижней секцией пневмоопалубки и надувают до рабочего состояния, подавая газ внутрь герметичных стенок и внутренней области пневмоопалубки, затем блоками выкладывается вся оставшиеся цилиндрическая часть сооружения и коническое покрытие, возведение которого завершается установкой замковой части купола, доставляемой с Земли, после этого проем в стенке кратера, в котором находится входной люк шлюзовой камеры, засыпается насыпным реголитом, и далее формируется противорадиационное покрытие возведенного сооружения, состоящее из слоя насыпного реголита толщиной 1 -3 м, на которое укладывается противометеоритный слой спеченных реголитовых блоков толщиной не менее 0,25 м, затем из внутренней области пневмоопалубки стравливается газ, после чего она заполняется воздухом.

Ниже приводится пример возведения защитного сооружения обитаемой станции на поверхности Луны в соответствии с предлагаемым изобретением. Способ возведения защитного сооружения обитаемой станции на поверхности Луны ориентирован на применение местного материала - реголита, частей космических аппаратов и стандартных жилых модулей, доставляемых с Земли. Габариты возводимого сооружения составляют 10×8 м, диаметр цилиндрической части - 10 м, высота цилиндрической части - 3 м; высота конического покрытия - 5 м, а его диаметр в основании - 10 м. Способ возведения защитного сооружения состоит в следующем:

- в соответствии с поставленной задачей первого этапа освоения Луны выбирается область, район и место для возведения временной обитаемой станции «минимальной конфигурации» (Луна - шаг к технологиям освоения Солнечной системы // Под научной редакцией Легостаева В.П. и Лопоты В.А. М.: РКК «Энергия», 2011. 584 с. (С. 227) на поверхности Луны. Критериями при выборе мест возведения временной обитаемой базы могут быть: удобство для проведения комплекса научных исследований; удобство для доставки грузов; возможность использования рельефа местности (наличие подходящих углублений (кратеров) и необходимого количества малосвязанного реголита); перспектива строительства постоянной обитаемой станции. Теоретически возможно размещение временной обитаемой станции (ВОС) в трех районах Луны: в полярной, экваториальной и среднеширотных областях. Однако наиболее перспективным местом размещения лунной базы считается полярная область (там же С. 287, 293).

- заблаговременно, до высадки астронавтов на Луну и начала строительства обитаемой станции, автоматические роботы, оборудованные отвалом и универсальным манипулятором с ковшом, в соответствии с программой заложенной в них осуществляют сбор реголита и производят спекание блоков необходимой формы и объема (Леонов В.А., Багров А.В., Галеев С.А., Нечаев А. Лю Концепция строительства быстровозводимых укрытий на Луне. Материалы 54-х Научных чтений памяти К.Э. Циолковского. Часть 2. Калуга: Изд-во АКФ «Политоп», 2019. - С. 225-228) для защитного сооружения станции;

- в стенке выбранного кратера проделывается проем для доставки и установки на площадку шлюзовой камеры и жилого модуля станции;

- подготавливается (выравнивается) площадка внутри кратера для возведения защитного сооружения станции;

- на строительную площадку на дне кратера укладывается нижняя секция (дно) двухсекционной пневмоопалубки, после чего через проем в стенке кратера на площадку доставляется жилой модуль диаметром 2,9-3,2 м и длиной до 8 м, а также элементы системы жизнедеятельности, которые укладываются на нижнюю секцию пневмоопалубки, причем, впоследствии часть из них устанавливается на крыше жилого модуля;

- по периметру нижней секции пневмоопалубки и в притык к ней выкладывается первый слой трапециевидных реголитовых блоков, содержащих выступы и углубления на боковых стенках, с помощью которых автоматы-манипуляторы скрепляют их друг с другом, возводя стены цилиндрической части сооружения;

- к кратеру доставляется шлюзовая камера, на одном из концов которой находится входной люк, а на другом - катушечное кольцо для установки и закрепления шлюза на реголитовых блоках первого слоя цилиндрической части, после чего шлюзовая камера одним концом устанавливается в проем стенки кратера, а другим - на реголитовые блоки цилиндрической части сооружения;

- из шлюзовой камеры выталкивается верхняя секция многослойной эластичной пневмоопалубки, которой покрывается жилой модуль и все элементы системы жизнеобеспечения, после этого верхнюю секцию герметично соединяют с нижней секцией пневмоопалубки и закачивают в пневмоопалубку газ, подавая его внутрь герметичных стенок и во внутреннею область пневмоопалубки. В предлагаемом способе возведения защитного сооружения используется, так называемая, несъемная многослойная эластичная пневмоопалубка, состоящая из двух секций. В нижнюю секцию газ не закачивается, так как на эту часть пневмоопалубки устанавливается жилой модуль и различное оборудование. Конструкция и способ установки пневмоопалубки обеспечивает более простое возведение защитного сооружения и защиту его внутреннего пространства от вакуума и пыли лунной среды;

- блоками выкладывается вся оставшиеся часть цилиндрического сооружения и коническое покрытие, блоки, для возведения которого также содержат боковые выступы и углубления, а на одном из торцов находится конический выступ для скрепления блоков и горизонтальных слоев из них между собой. Возведение конического покрытия и защитного сооружения завершается установкой замковой части купола, доставляемой с Земли. На фиг. 2 представлены форма реголитовых блоков и их взаимное расположение в сооружении, где: 3 - реголитовые блоки конического покрытия; 4 - кратер на поверхности Луны; 5 - реголитовые блоки несущей конструкции цилиндрической формы; 6 - верхняя секция пневмоопалубки; 8 - нижняя секция пневмоопалубки; 14 - трубопровод для закачки газа в пневмоопалубку;

- проем в стенке кратера, в котором находится входной люк шлюзовой камеры, засыпается реголитом, а на поверхности возведенного сооружения формируется защитное противорадиационное покрытие, состоящее из слоя насыпного реголита толщиной 1-3 м, на которое укладывается противометеоритный слой спеченных реголитовых блоков толщиной не менее 0,25 м в упор в стенки кратера, затем из внутренней области пневмоопалубки стравливается газ, после чего она заполняется воздухом.

- по окончании строительства с близлежащей территории удаляется оставшийся реголит с целью его обеспыливания (Багров А.В., Леонов В.А. Создание космодрома на Луне методом наплавления реголита на монолитную поверхность // Воздушно-космическая сфера. 2018. №4 (97). С. 78-83). Поверхность обеспыленной территории покрывается спеченными реголитовыми блоками, а стыки между ними герметизируются с помощью солнечных концентраторов. Такая площадка рядом с обитаемой станцией размером 100×100 м может использоваться как полноценный космодром.

Для возведения блочного защитного сооружения габаритами 10×8 м понадобится 246 т насыпного реголита (плотность 1300 кг/м³), объемом 189 м³; для формирования защитного укрытия - 143 т насыпного реголита, объемом 143 м³ (толщина противорадиационного слоя 1 м); для изготовления спеченных реголитовых блоков противометеоритного слоя (толщина 0,25 м), понадобится 55 т насыпного реголита объемом 42 м³. Всего на строительство защитного сооружения понадобится 444 т насыпного реголита объемом 374 м³, а площадь территории, с которой будет удален слой слабосвязанного реголита толщиной 5 см для строительства защитного сооружения, будет составлять 7480 м², что равно площадке с габаритами 86,5×86,5 м. Данную площадку можно уплотнить, как было сказано выше, и использовать в качестве космодрома.

В дальнейшем рядом с первым защитным сооружением, в котором находится жилой модуль, могут быть установлены другие защитные сооружения для размещения в них складского, научно-исследовательского или какого-либо другого модуля, которые составляют инфраструктуру временной обитаемой станции (Луна - шаг к технологиям освоения Солнечной системы // Под научной редакцией Легостаева В.П. и Лопоты В.А. М.: РКК «Энергия», 2011. - 584 с. (С. 274)). Переход между защитными сооружениями временной обитаемой станции будет осуществляться, например, с помощью гофрированных переходных потерн из многослойного пленочного материала на пневмокаркасе, которые снаружи обваловываются защитным лунным грунтом.

На начальном этапе источниками энергии будут солнечные батареи, которые должны быть рассчитаны на среднесуточную мощность (в течение лунного дня) около 24 кВт (там же, с. 279).

Все описанные этапы возведения защитного сооружения обитаемой станции могут проводить автоматизированные роботы заблаговременно до высадки космонавтов на Луну. На возведение лунной станции с одним защитным куполом, рассчитанной на 3-х человек, которые будут работать вахтовым методом по 3-6 месяцев (там же, с. 276), потребуется около одного земного года.

Существующие в настоящее время способы строительства сооружений на Луне объединяет одно обстоятельство - применение лунного грунта-реголита. Это вызвано большой стоимостью доставки стройматериалов с Земли. Однако практически все технологии изготовления строительных изделий из реголита основаны на тщательной предварительной подготовке поверхностного лунного грунта, например, в случаях его применения в 3D-принтерах (на основе солнечных концентраторов и микроволнового излучения) - измельчения и фракционирования, с целью последующего пересыпания с определенной скоростью, а в случае использования СВЧ-технологий, например, еще и тщательного перемешивания с алюминиевой пудрой (в количестве до 25% от массы смеси), доставляемой с Земли (Багров А.В., Нестерин И.М., Пичхадзе К.М., Сысоев В.К., Сысоев А.К., Юдин А.Д. Анализ методов строительства конструкций лунных станций // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. 2014. №4. С. 75-80).

В настоящее время в условиях Луны подобная подготовка реголита, как мы считаем, практически невозможна по причине высокой адгезии и когезии (прилипаемости и слипаемости) лунного грунта (Лунный грунт: свойства и аналоги. Модель 1974 года. Флоренский К.П., Базилевский А.Т., Николаева О.В. (составители). 1975. АН СССР ГЕОХИ им. В.И. Вернадского. - 50 с. ) и значительно меньшей силы тяжести, чем на Земле. С нами согласны и авторы доклада (Леонов В.А., Багров А.В. Строительство помещений большой высоты на Луне. А.В. // Материалы 54-х Научных чтений памяти К.Э. Циолковского. Часть 2. Калуга: Изд-во АКФ «Политоп». 2019. С. 247-248) на 54-х Научных чтениях памяти К.Э. Циолковского, которые считают, что для 3D-принтеров могут использоваться только мелкоизмельченные отходы базальтовых пород, образующиеся «при проходке шахт и тоннелей, предназначенных для обитания людей в «базальтовых недрах» (Багров А.В., Леонов В.А., Павлов А.В. Земля: «колыбель человечества» или одинокий обитаемый остров? // Знание-сила. 2017. №10. С. 18-25).

Проведенный авторами анализ существующих методов использования лунного грунта для возведения обитаемой станции на поверхности Луны показал, что наиболее эффективным и экономически выгодным для строительства быстровозводимого временного сооружения является способ использования реголита, не требующий длительной предварительной подготовки - измельчения и фракционирования. Например, такими способами могут быть способы изготовления реголитовых блоков для возведения сооружений путем спекания отформованных блоков в мобильных СВЧ-печах и с помощью солнечных концентраторов.

Сейчас известно, что поверхность лунных морей состоит из базальтовых пород (Черкасов И.И., Шварцев В.В. Грунт Луны. М.: Наука, 1975. - 146 с), а реголит состоит из обломков коренной горной породы и фрагментов частиц, образовавшихся при ударно-взрывной переработке лунного вещества - брекчий, агглютинатов частиц стекла с добавлением метеоритного вещества (до 1-2 масс. %) (Мейсон Б., Мелсон У. Лунные породы. М.: Мир, 1973. - 165 с), а также «других образовавшихся при этом компонентов» (Слюта Е.Н. Физико-механические свойства лунного грунта (обзор) // Астрономический вестник. 2014. - Т. 48. №5. С. 358-382). Основой состава лунного реголита является оксид кремния (более 40 вес. %) и набор оксидов металлов и неметаллов (Виноградов А.П. Предварительные данные о лунном грунте, доставленном автоматической станцией «Луна-20». Грунт из материкового района Луны. Сборник статей. М.: Наука, 1979. -708 с. (С. 7-17)). В реголите встречается и металлическое железо, общее содержание которого, например, по данным американских экспедиций на Луну для всех мест посадок, составляет 0,5-0,6 вес. % (Olhoeft D.R., Strangway D.W., Trisillo A.L. Lunar sample electrical properties // In: Proceed, of the 4 Lunar Science Conf. Pergamon Press. 1973. Vol. 3. P. 3133-3150). Наличие железа в реголите говорит о возможности его эффективного спекания в СВЧ-печах.

В среднем, толщина реголита составляет от 4-5 м в лунных морях и до 10-15 м на материках (Слюта Е.Н. Физико-механические свойства лунного грунта (обзор) // Астрономический вестник. 2014. Т. 48. №5. С. 358-382), а среднее значение его плотности на поверхности Луны составляет 1,3 г/см³ (Луна - шаг к технологиям освоения Солнечной системы // Под научной редакцией Легостаева В.П. и Лопоты В.А. М.: РКК «Энергия», 2011. - 584 с). Однако существует обоснованное мнение ученых и о том, что толщина слабосвязанного легкого зернистого материала составляет всего 5 см (Черкасов И.И., Шварцев В.В. Грунт Луны. М.: Наука, 1975. - 146 с). В составе лунного реголита, как правило, содержится большое количество (примерно, до 60%) пылевидных и мелкодисперсных частиц размером от сотых до десятых долей микрометра (Королев В.А. Моделирование гранулометрического состава лунных грунтов // Инженерная геология. 2016. №4. С. 4-14).

В настоящее время аналог лунного природного материала - земной базальт различных месторождений широко используется для производства различных строительных материалов (https://kwt-stroy.ru/kamen/183-bazalt-chudo-kamen), что также говорит о возможности его использования на Луне для возведения, например, лунных станций. Сейчас уже получают образцы спеченного базальта плотностью 2,40 г/см³ при температурах 990-1128°С (Фомичев СВ. Физико-химические основы комплексной переработки габбро-базальтового сырья: дис. доктора хим. наук // ИОНХ им. Курнакова Н.С. РАН. М., 2016. С. 191-192).

Таким образом, высокая адгезия и когезия реголита, высокая дисперсность его основной части, наличие восстановленного железа свидетельствуют о возможности использования лунных материалов - базальта и реголита для строительства обитаемой базы на Луне с помощью мобильных СВЧ-печей.

В связи с этим, авторами была проведена экспериментальная оценка возможности спекания базальтового имитатора реголита в муфельной и СВЧ-печах методом математического планирования. Для имитации реголита был использован образец базальта из месторождения Южного Урала (плотность 3,0 г/см³), который был ударно измельчен и разделен на фракции. За основу фракционного состава имитатора был взят состав модели ЛГА-3 (Королев В.А. Моделирование гранулометрического состава лунных грунтов // Инженерная геология. 2016. №4. С. 4-14), за исключением крупных фракций размером более 2 мм. Усредненные химические составы лунного реголита и земного базальта приведены в таблице 2, а фракционный состав имитатора реголита - в таблице 3.

*Королев. В.А. Моделирование гранулометрического состава лунных грунтов // Инженерная геология. 2016. №4. С. 4-14.

**Петрографический кодекс России. Магматические, метаморфические, метасоматические импактные образования. Издание второе. Утвержден МПК 10.01.2008 г. СПб.: ВСЕГЕИ, 2008. - С. 116.

Для имитации слипаемости реголита базальтовая шихта увлажнялась водой, тщательно перемешивалась и формовалась в цилиндрические образцы диаметром 20 мм и высотой 20 мм. Для формования образцов использовался гидравлический ручной пресс. Удельное давление прессования изменялось от 35 МПа до 180 МПа. После формования влажные образцы сушили при комнатной температуре в течение 18 часов, а затем в сушильном шкафу - в течение 2 часов при температуре 105-110°С. Высушенные образцы подвергались спеканию в муфельной и микроволновой печах при температурах 1000-1250°С.Контроль температуры нагрева муфельной печи проводили термопарой ТПП с помощью компьютерной программы «PowerGraph», а температура спекания образцов в микроволновой печи оценивалась с помощью бесконтактного инфракрасного пирометра M20BL 19Р80.

После спекания образцы охлаждались, а затем определялась их плотность, предел прочности при сжатии и характер процесса разрушения. Для сравнения оценивалась прочность на сжатие образцов, изготовленных из материала земных стеновых строительных изделий. Полученные результаты приведены в таблице 4.

***https://kamedom.ru/kirpich/tekhnologiya-proizvodstva-silikatnogo-kirpicha.html, технология производства силикатных кирпичей: формование силикатного кирпича 16,0-21,0 МПа, нагрев в автоклаве 175°С, 5-6 ч выдержка, давление 8 атм.

В результате проведенных экспериментов были получены модели влияния температуры спекания и удельного давления формования образцов, спеченных в муфельной и СВЧ-печах на предел их прочности. Ошибка экспериментов составила 1,5%.

Как оказалось, влияние исследованных факторов на предел прочности образцов, полученных в условиях спекания в муфельной электропечи и лабораторной микроволновой печи, были подобными, но время спекания образцов в микроволновой печи составляло от 30 до 60 минут, а в муфельной печи - 4-5 часов.

Проведенные эксперименты позволили подтвердить возможность изготовления спеченных строительных материалов из имитатора лунного грунта - реголита в условиях муфельной и СВЧ-печах и выявить для этого оптимальные условия: температура обжига - 1100-1150°С, удельное давление прессования блоков - 124 МПа, предел прочности - 130 МПа, плотность - 2,52-2,58 г/см³.

Наряду с применением СВЧ-печей для возведения защитного сооружения обитаемой станции на Луне предлагаемое изобретение позволяет для этого использовать и другие способы возведения вертикальных стен и изготовления отдельных блоков для них. Например, блоки можно изготавливать путем порционной загрузки уплотненного реголита в форму и его проплавления с помощью солнечного концентратора 3D-принтера. Также можно возводить и вертикальные стены цилиндрической части защитного сооружения с помощью солнечных концентраторов. В фокусе зеркала солнечного концентратора температура достигает более 1500°С, что позволяет использовать не только реголит, но и другой природный материал Луны - базальт. В дальнейшем для строительства защитных сооружений с помощью 3D-принтеров можно использовать и базальтовые отвалы от строительства тоннелей и от переработки лунных руд. Тем самым, подтверждается универсальность возведения защитного сооружения, конструкция и способ возведения которого представлены в данном изобретении.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для строительства и защиты жилых и служебных сооружений от опасных факторов космического пространства в условиях Луны, поверхность которой покрыта реголитом. Конструкция защитного сооружения обитаемой станции состоит из купольной конструкции, возведенной с помощью многослойной пневмоопалубки и спеченных в СВЧ-печи реголитовых блоков, укрытой противорадиационным слоем насыпного реголита определенной толщины и противометеоритным слоем из реголитовых блоков, толщиной не менее 0,25 м. Несущая купольная конструкция защитного сооружения конической формы дополняется опорным кольцом, в качестве которого используется стеновая несущая конструкция цилиндрической формы, состоящая из реголитовых блоков трапециевидной формы. При этом конструкция находится в углублении на поверхности. Повышается прочность конструкции при эксплуатации. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл.

1. Конструкция защитного сооружения обитаемой станции на поверхности Луны, расположенного в естественном углублении на лунной поверхности, включающая защитное укрытие, состоящее из противометеоритного слоя реголитовых блоков, размещенное на противорадиационном слое насыпного реголита, которое уложено с упором в стенки углубления на несущую купольную конструкцию конический формы, состоящую из слоев, уложенных друг на друга трапециевидных реголитовых блоков, слои из которых скреплены друг с другом с помощью конических выступов на торцах блоков, упирающихся в пневмоопалубку, а внутри защитного сооружения находятся система жизнеобеспечения и жилой модуль, соединенные со шлюзовой камерой для выхода на поверхность Луны, отличающаяся тем, что толщина противорадиационного слоя насыпного реголита составляет от 1-го до 3-х м, а толщина противометеоритного слоя реголитовых блоков - не менее 0,25 м, а несущая купольная конструкция защитного сооружения конической формы дополняется опорным кольцом, в качестве которого используется стеновая несущая конструкция цилиндрической формы, состоящая из реголитовых блоков трапециевидной формы, слои из которых скрепляются друг с другом за счет прямоугольных выступов на торцах блоков, обращенных к пневмоопалубке, изготовленной из многослойного полимерного материала и состоящей из двух герметично соединяемых секций, верхняя из которых используется для возведения купольного покрытия и цилиндрической части несущей конструкции, а вторая секция является ее основанием, укладываемым на строительную площадку, причем внутри стеновой конструкции находится жилой модуль с емкостью для воды, выход из которого на поверхность Луны осуществляется с помощью шлюзовой камеры, участок которой, проходящий через стенку цилиндрической конструкции, упрочняется снаружи кольцом катушечной формы из композиционного материала, а все реголитовые блоки конической и цилиндрической частей защитного сооружения дополняются боковыми выступами и углублениями, форма и размеры которых соответствуют друг другу, что обеспечивает их жесткое соединение и препятствует перемещению в радиальном направлении.

2. Способ возведения конструкции защитного сооружения обитаемой станции на поверхности Луны по п. 1, включающий установку на предварительно подготовленной площадке в кратере - естественном углублении на лунной поверхности конической пневмоопалубки, установку шлюзовой камеры в основание пневмоопалубки и последующую укладку горизонтальными слоями параллельно строительной площадке трапециевидных спеченных реголитовых блоков впритык к пневмоопалубке меньшим основанием, содержащим конический выступ по направлению от опорного кольца купола к его ключу, засыпку конического сооружения противорадиационным слоем насыпного реголита, на который плашмя укладывается противометеоритный слой спеченных реголитовых блоков в упор в стенки кратера, и последующую установку внутрь защитного сооружения надувного или иного герметичного жилого модуля и системы жизнеобеспечения, отличающийся тем, что перед подготовкой строительной площадки проделывается проем в стенке кратера для последующей доставки жилого модуля и укладки шлюзовой камеры, затем подготавливается строительная площадка на дне кратера, на которую укладывается нижняя секция двухсекционной эластичной пневмоопалубки, после этого через проем в стенке кратера доставляется жилой модуль диаметром 2,9-3,2 м и длиной до 8 м, а также элементы системы жизнедеятельности, которые укладываются на нижную секцию пневмоопалубки, затем снаружи периметра нижней секции пневмоопалубки выкладывается первый слой трапециевидных реголитовых блоков цилиндрической стеновой части защитного сооружения, содержащих выступы и углубления на боковых стенках и торцах, упирающихся в пневмоопалубку, благодаря которым блоки и слои из них скрепляются между собой, после чего на первый слой реголитовых блоков катушечнообразным кольцом сверху укладывается шлюзовая камера, из которой затем выталкивается верхняя секция многослойной эластичной опалубки, которой покрывают жилой модуль и все элементы системы жизнеобеспечивания, после этого ее герметично соединяют с нижней секцией пневмоопалубки и надувают до рабочего состояния, подавая газ внутрь герметичных стенок и внутренней области пневмоопалубки, затем блоками выкладывается вся оставшиеся цилиндрическая часть сооружения и коническое покрытие, возведение которого завершается установкой замковой части купола, доставляемой с Земли, после этого проем в стенке кратера, в котором находится входной люк шлюзовой камеры, засыпается насыпным реголитом, а далее формируется противорадиационное покрытие возведенного сооружения, состоящее из слоя насыпного реголита толщиной 1-3 м, на которое укладывается противометеоритный слой спеченных реголитовых блоков толщиной не менее 0,25 м, затем из внутренней области пневмоопалубки стравливается газ, после чего она заполняется воздухом.