Faltbare Strukturen im Weltraum – Was sind die potenziellen Vorteile und Probleme?

Ich frage mich, was die wichtigsten Potenziale und Probleme beim Aufklappen von Strukturen im Weltraum sind. Die Grundidee besteht darin, große Strukturen im Weltraum zu erreichen, während die Startmasse und das Startvolumen reduziert werden und auch Bauarbeiten in der Mikrogravitation durch den Menschen im Weltraum vermieden werden. Welchen Belastungen sind unterschiedliche Strukturen im Weltraum ausgesetzt? Zum Beispiel Astronauten, die sich darin bewegen, Motoren, die sie beschleunigen.

Ich kann mir drei Zwecke vorstellen, wenn ich große Strukturen im Weltraum habe:

  • 1) Parabolspiegel für Radioteleskope oder Sonnenkollektoren.
  • 2) Lebensraum für Astronauten.
  • 3) Radialer Abstand für eine Zentrifuge mit "künstlicher Schwerkraft".

In Bezug auf Nr. 1 oben, bietet die Geometrie einer Parabel eine einfache Möglichkeit, eine Folie "auszuwerfen", um die gewünschte Form zu erhalten, oder muss sie mühsam Zoll für Zoll geformt werden? Und würde eine dünne Metallfolie gut als Radioteleskopschüssel funktionieren? Könnte sogar ein nützlicher Spiegel für optische Teleskope aufgeklappt werden? Russland hat ein 10-Meter-Radioteleskop im Weltraum, das Spektr-R- Interferometer. Es muss im Weltraum ausgeklappt worden sein.

Auf Nr. 2 hat Bigelow Aerospace bereits zwei (unbemannte) erweiterbare Raumstationen in LEO und wird nächstes Jahr eine an der ISS anbringen. Wie werden sie entfaltet? Sie verwenden den Begriff "erweiterbar" anstelle von "aufblasbar".

Bei Nr. 3, Rotation zur Erzeugung einer radialen Beschleunigung, die die Schwerkraft simuliert, werden große Entfernungen bevorzugt, um unnatürliche Gewichtsverlagerungen zu vermeiden, wenn sich die Besatzung radial bewegt. Mindestens so lange, dass zwei Meter, also im Stehen, ein praktisch vernachlässigbarer Bruchteil sind. Ich habe einen Vorschlag gesehen, "Luftstrahlen" anstelle von Drähten zu verwenden. Ein "Luftstrahl" ist wie ein Schlauch, der mit Luft oder anderen Gasen aufgeblasen wird, damit er steif wird. Es würde (menschliche) Bewegungen darin zulassen und wird nicht locker wie ein Draht. Die einzige tatsächliche Anwendung von Luftträgern, die ich heute finde, sind Zelte (!). Wäre es eine praktische Technologie im Weltraum? Hier sind "irgendwelche Ideen" über Luftstrahlen für künstliche Schwerkraft. Folie 10 zeigt ein Bild, das die Stärke eines Luftstrahls demonstriert.

Es gibt noch mehr Zwecke. Die Voyager-Sonden hatten mehrere Falt- und Ausfahrstrukturen: Der Magnetometerausleger ist 12 m lang ausgefahren; Das RTG und die Teleskope sitzen auf Auslegern, die für den Start neben dem Raumschiff heruntergeklappt wurden.
Das Wort „falten“ im Titel der Frage deutete auf ein sich mechanisch selbst aufrichtendes System hin. Das Thema des Interesses scheint sich eher um Schlauchboote zu drehen. Beide Konzeptwege vereinen sich in den Schaumstrukturen, die im Wesentlichen aus zwei ineinander liegenden Ballons bestehen, wobei der Hohlraum zwischen den beiden mit Schaum gefüllt ist. Goodyear Aerospace brachte ein solches Design tatsächlich vier Jahre vor der Landung von Apollo 11 auf dem Mond auf Testartikelebene.

Antworten (2)

Seit den Anfängen werden Faltstrukturen im Weltraum verwendet.

Viele Raumfahrzeuge haben ihre Solarzellen für den Start gefaltet; Viele weitere haben aufgerollte Arrays an Klapparmen verwendet, um das Startvolumen (und damit die Startverkleidungsmasse) zu minimieren.

Bei einigen Missionen wurde eine faltbare Parabolantenne verwendet. Das bemerkenswerteste ist, dass es sich nicht öffnen lässt: Galileo. Die eigentliche Ursache des Ausfalls ist nicht wirklich bekannt , es wird jedoch angenommen, dass es sich um Vakuumschweißen handelt. Eine Prabel kann durch Plattenformen erzeugt und dann durch Federn offen gehalten werden; Es ist nicht ganz so glatt wie ein Guss, aber immer noch machbar.

Auf dem Planeten werden große Teleskope mit mehreren Segmenten verwendet; sie sind ein praktischer Weg, um ein großes (≥5m) Teleskop in die Umlaufbahn zu bringen. Jedes derartige Teleskop würde wahrscheinlich auch zusätzliche Komponenten aufweisen, die eingesetzt werden, um den Objektivspiegel zu beschatten und zu schützen.

Klapparme und sogar Rollwagen wurden für Rover verwendet, einschließlich des bemannten Rovers für die Apollo-Landungen. ( http://www.collectspace.com/ubb/Forum29/HTML/000731.html zeigt den verstauten Rover, der in das LM geladen wird. http://www.armaghplanet.com/blog/nasas-lunar-rover-everything- you-need-to-know.html zeigt einen Teil des Bereitstellungsprozesses in einem der enthaltenen Videos.)

Die Hauptüberlegungen zum Lebensraumraum umfassen den Innendruck; Eine gefaltete Einheit benötigt sehr wenig Struktur, wenn sie durch ihren eigenen Innendruck im entfalteten Modus gehalten werden kann. Mehrere aktuelle Designs (noch nicht geflogen) verwenden einen zentralen strukturellen Kern, der von einem aufgeblasenen Lebensraum umgeben ist. Der zentrale Kern umfasst den Docking-Port zum Anschluss an vorhandene Fahrzeuge/Strukturen sowie die Strom- und Datenanschlüsse. Bigelow Aerospace ist am Design derjenigen beteiligt, die 2015 getestet werden sollen. ( http://www.nasa.gov/exploration/technology/deep_space_habitat/xhab/ , http://www.nasa.gov/mission_pages/station/ news/beam_feature.html )

Die Hauptvorteile aller Erweiterungen sind:

  • reduzierte Startabmessungen, die die Verkleidungsabmessungen und damit die Verkleidungsmasse reduzieren
  • Reduzierte Startmasse, da weniger Stress während des Starts unterstützt werden muss.

Zu den wichtigsten Nachteilen gehören:

  • mechanischer Ausfall der Ausfahrmotoren
  • mechanisches Versagen der Anbauteile während des Starts (z. B.: Skylab)
  • Korrosion oder Vakuumschweißen, wodurch es in der verstauten Position fixiert wird (z. B.: Galileo)
  • Fehler beim Auslösen in der richtigen Reihenfolge (z. B.: die meisten Fallschirmausfälle; großes Problem beim Apollo Lunar Rover)
  • Verpackung wird nicht freigegeben (häufig bei Lufttropfen von Halo-Geräten; ein großes Problem bei den Rovern Pathfinder, Spirit und Opportunity)

Einige zusätzliche Nachteile, die für Schlauchboote festgestellt wurden:

  • Mangel an Hartschale für Schlagfestigkeit
  • Fehlen einer Metallhülle zur Strahlungsreduzierung.
  • Potenzial für übermäßige Kraft beim Aufblasen, um das Modul zu beschädigen
  • potenzielle Schäden bei der Verpackung (ein Problem für die Pathfinder-Mission)
  • Beschädigungsgefahr beim Entfernen der Verpackung
  • Schadenspotenzial beim Einsatz in der Nähe von scharfen Objekten (ebenfalls ein in den Pathfinder-Daten erwähntes Problem, wenn auch eher als Fehler nach dem Einsatz).

Einige von ihnen haben potenzielle Lösungen - ein aufblasbares Beton- und Gewebe wurde entwickelt, das nach dem Entfalten luftdicht ist - http://www.youtube.com/watch?v=vv3SII568v0 ist ein Prahlerei-Video des Herstellers. Ebenso könnten schäumende Polymerverbindungen verwendet werden, um starre Wände zu erzeugen.

Danke für deine Antwort! Aber zwei Punkte: Ich stelle fest, dass Bigalow zumindest sagt, dass ihre Weichheit beim Aufprall auf Weltraumschrott von Vorteil ist, da sie keinen Schauer von Sekundärprojektilen erzeugt, wie es eine starre Wand tun würde. Und wenn sie mit etwas wasserstoffdichtem Gas (vielleicht H2 oder CH4) gefüllt sind, sollten Schlauchboote helfen, die Strahlung zu blockieren. Auch hier mit einer geringeren Rate an Sekundärteilchen als schwerere Metalle verursachen, wenn sie von hochenergetischer kosmischer Strahlung getroffen werden.
@LocalFluff Zwei starre Schichten mit einem Puffer wurden von der NASA als nahezu ideal für die Abwehr von Mikrometeoren gezeigt, obwohl für ein hohes Aufprallrisiko 7 Schichten Kupfer für eine der Raumsonden verwendet wurden. Darüber hinaus lenkt eine starre Hülle wahrscheinlich viele Mikrostöße ab, während sich eine weiche Hülle verformt und viel mehr Energie in die Atmosphäre im Inneren sendet. Was die Strahlung betrifft, ja, eine Schicht aus gutem alten Wasser ist ungefähr ideal ... aber eine starre Schale - Wasserblase - starre Schale ist bei niedrigen Geschwindigkeiten besser als weiches Wasser - weiches, wo nur das Wasser schützt.

Bei Sonnenkollektoren wird dies zwangsläufig immer wieder gemacht.

ISS-Panels

Es gibt auch große ausfahrbare Antennen , die für Kommunikationssatelliten und bald für die Bodenfeuchte-Aktiv-Passiv-Mission verwendet werden .

Am Boden eingesetzte SMAP-Antenne

Die NASA plant, einen aufblasbaren Lebensraum auf der ISS zu testen .

Bigelow aufblasbares ISS-Modul

Die Trennung von rotierenden Strukturen für die künstliche Schwerkraft ist wahrscheinlich effizienter, wenn ein Halteseil verwendet wird als eine eingesetzte starre Struktur. Sie brauchen keine Mannschaftsquartiere an beiden Enden. Am anderen Ende gibt es jede Menge andere Masse ohne Besatzung.

Die rotierende künstliche Schwerkraft wird oft kritisiert, weil ein Draht schief gehen könnte, weil er nicht starr ist. Ein halbstarrer Luftträger muss pro Meter nicht allzu viel schwerer sein und hat den Vorteil, dass er in Innenräumen Lufttransporte zwischen verschiedenen Ebenen der künstlichen Schwerkraft und mit dem Gegengewicht ermöglicht. Ich nehme an, dass ein Ballon in jeder beliebigen Form hergestellt werden kann, beispielsweise eine Parabolschüssel, und dennoch leichter vollständig gefaltet werden kann als starre Elemente. Parabolische Segmente lassen sich nicht leicht kompakt zusammenpacken.
Faltbare Strukturen im Weltraum – Was sind die potenziellen Vorteile und Probleme?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v