Construir una base en la Luna: Parte 3 – Diseño Estructural

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Construir una base en la Luna: Parte 3 – Diseño Estructural

Por : Claudia 04-03-2008

¿Cómo podría construirse un hábitat lunar que satisfaga las necesidades de los colonos, y al mismo tiempo sea resistente y seguro?

Por Ian O’Neill

Autora de la traducción: Claudia Rodríguez Ruiz



Construir la primera base en la Luna será el mayor reto en el que se habrá embarcado nunca la humanidad. Ya podemos especular acerca de los peligros, naturales y artificiales, relacionados con la presencia humana en la superficie lunar. Como consecuencia, ya tenemos en mente algunas estructuras para el hábitat: desde estructuras hinchables hasta madrigueras subterráneas dentro de antiguos conductos de lava. Ahora ya va siendo hora de que empecemos seriamente a diseñar la estructura de nuestro primer hábitat, que nos proteja de micrometeoritos, que mantenga la presión terrestre, y usando todo el material extraído localmente que podamos.

En la primera parte de esta serie de “Construir una base en la Luna” nos fijamos en algunos de los peligros más obvios relacionados con la construcción de una base en otro planeta. En la segunda parte, describimos algunos de los actuales diseños ideados para el primer hábitat humano en la Luna. Los diseños iban desde estructuras hinchables y hábitats que podrían ser construidos en la órbita terrestre y arrastrados a la superficie lunar hasta bases sacadas de antiguos conductos de lava bajo la superficie. Todas estas ideas tienen sus ventajas, pero la función primordial debe ser mantener la presión del aire y reducir el riesgo de daños catastróficos si sucediera lo peor. Esta tercera entrega de la serie trata del diseño básico de una posible base lunar que optimice el espacio, utilice el máximo de materiales locales extraídos, y proporcione protección contra la constante amenaza de los micrometeoritos...

“Construir una Base en la Luna se basa en una investigación de Haym Benaroya y Leonhard Bernold (“Engineering of lunar bases”)

Los factores clave que influyen en el diseño de hábitats son:
-Una sexta parte de la gravedad terrestre.
-Presión interna de aire muy elevada (para mantener una atmósfera respirable).
-Protección contra radiación (del Sol y otros rayos cósmicos).
-Protección contra micrometeoritos.
-Gran efecto del vacío sobre los materiales de construcción (por ejemplo, evaporarse)
-Contaminación por polvo lunar.
-Grandes gradientes de temperatura.

Además de solucionar estas cuestiones, las estructuras lunares deben ser fáciles de mantener, baratas, fáciles de construir, y compatibles con otros hábitats, módulos o vehículos lunares. Para conseguir que la construcción sea barata, se debe utilizar tanto material local como sea posible. El material en bruto para una construcción de bajo coste podría ser la abundante cantidad de regolito a la que se puede acceder fácilmente en la superficie lunar.

Según parece, el regolito lunar tiene muchas propiedades útiles para la construcción en la Luna. Para fabricar cemento lunar (como ya se dijo en la parte 2), las estructuras básicas de construcción podrían hacerse a partir de moldes de regolito. Los moldes de regolito serían muy similares a los moldes de basalto terrestres. Se crearían fundiendo el regolito en un molde y dejándolo enfriar lentamente, lo que permitiría que se creara una estructura cristalina, formándose materiales para la construcción altamente compresibles y moderadamente extensibles. El alto grado de vacío en la Luna mejoraría enormemente el proceso de manufactura del material. También tenemos la experiencia, aquí en la Tierra, de cómo crear moldes de basalto, así que este no es un nuevo método que todavía no haya sido probado. Las formas básicas de los hábitats se podrían manufacturar con muy poca preparación de los materiales brutos. Se podrían fabricar elementos como vigas, columnas, placas, armazones, fragmentos de arcos, bloques y cilindros, cada uno de los cuales tendría diez veces la fuerza de compresión y extensión del cemento.

Hay muchas ventajas en el uso de moldes de regolito. Para empezar, es muy duro y resistente a la erosión por polvo lunar. Sería el material ideal para pavimentar las zonas lunares de lanzamiento de cohetes y construir protecciones contra los escombros alrededor de las plataformas de aterrizaje. También sería la protección perfecta contra los micrometeoritos y la radiación.

Bien, ahora tenemos los suministros esenciales para la construcción, a partir de material local, y requieren la mínima preparación. No es difícil imaginar que el proceso de fabricación de moldes de regolito podría automatizarse. Antes de la llegada de los humanos a la Luna se podría crear un hábitat presurizado, a la espera de que se ocupase.



Pero, ¿qué tamaño debería tener el hábitat? Es una pregunta difícil de contestar, pero al final, el resultado es que cualquier hábitat lunar destinado a ser ocupado durante largos periodos de tiempo tendrá que ser cómodo. De hecho, hay ciertas guías en la NASA que indican que, para misiones de más de cuatro meses, el volumen mínimo por individuo tendría que ser de 20 m3 (del Man Systems Integration Standards de la NASA, NASA STD3000, por si interesa). Compare las necesidades en una estancia de larga duración en la Luna con las de las misiones Gemini de corta duración, a mediados de los 60 (en la imagen). El volumen habitable por miembro de la tripulación en Gemini eran 0,57 acogedores metros cúbicos… Afortunadamente, estas primeras incursiones en el espacio fueron cortos. A pesar de las regulaciones de la NASA, el volumen recomendado por tripulante es de 120 m3, aproximadamente el mismo el espacio vital que en la Estación Espacial Internacional. En los futuros hábitats de la Luna se requerirá un espacio similar para el bienestar de la gente y el éxito de la misión.



Con estas pautas, los diseñadores de los hábitats pueden centrarse en cómo crear mejor este espacio para la vida. Obviamente, la superficie del suelo, la altura del hábitat y la funcionalidad tendrán que optimizarse; además tendrán que tenerse en cuenta el espacio para el equipo, el mantenimiento de vida y el almacenamiento. En un hábitat básico diseñado por F. Ruess, J. Schänzlin y H. Benaroya, en una publicación titulada "Structural design of a lunar habitat" (Journal of Aerospace Engineering, 2006) se considera una forma de “hangar” semicircular.

La forma de un arco, que soporta las tensiones, es un aliado para todos los ingenieros de estructuras, y se espera que los arcos sean un componente habitual en el diseño de hábitats, ya que las tensiones estructurales se pueden distribuir uniformemente. Por supuesto, las decisiones arquitectónicas tales como la estabilidad del material subyacente y el ángulo de inclinación tendrán que tomarse mientras se construyan los hábitats, pero se espera que este diseño aclare muchos de los temas relacionados con la construcción en la Luna.



La mayor tensión que tendrá que soportar el diseño “hangar” procederá de la presión interna que actuará hacia fuera, y no de la gravedad que esté actuando hacia abajo. Como el hábitat interior tendrá que soportar la presión de la Tierra, el gradiente de presión desde el interior al vacío del exterior ejercerá una gran fuerza en la construcción. Aquí es donde entra el arco del hangar, esencial; no hay esquinas y, por lo tanto, no hay lugares vulnerables donde se pueda degradar la integridad.

Se consideran muchos más factores, que incluyen algunos cálculos complejos acerca de la tensión y las fuerzas, pero la descripción de arriba da una idea de lo que deben considerar los ingenieros de estructuras. Se pueden construir los bloques de construcción para una estructura estable creando un hábitat rígido de molde de regolito. Para una protección adicional de la radiación solar y los micrometeoritos, estos hábitats arqueados se podrían construir uno al lado del otro, interconectados. Una vez que se hayan construido una serie de cámaras, se podría echar regolito por encima. El grosor del regolito molde también se optimizará para que la densidad del material fabricado también proporcione protección extra. Quizás también se pongan en la parte superior grandes losas de regolito.

Una vez que los módulos básicos de los hábitats estén construidos, se puede comenzar a planear el asentamiento. El urbanismo lunar será otra tarea complicada para la que deberán considerarse muchas configuraciones modulares. Destacan cinco configuraciones principales: lineal, en claustro, radial, ramificada y en grupos.

La infraestructura del futuro asentamiento lunar depende de muchos factores, y se continuará en la próxima entrega.


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