Надувные космические конструкции большого объема

Мечта о том, чтобы человечество вышло за пределы нашей родной планеты, волновала и вдохновляла целые поколения по всему миру. То мечты о том, чтобы отправиться в отпуск на Луну, посетить города на Марсе или путешествовать сквозь черные дыры, чтобы открыть новую жизнь в других галактиках, десятилетиями описывались в фантастических рассказах. Научная фантастика всегда описывала эти космические полеты с относительной легкостью, используя крупномасштабные космические колонии с экипажами. На самом деле, одним из самых серьезных препятствий для освоения космоса является размер и объем космических сооружений.

Космические конструкции являются одним из наиболее важных компонентов любого космического аппарата, поскольку они должны обеспечивать максимальный объем, пригодный для жизни, при минимальной массе. Развертываемые конструкции могут использоваться для получения дополнительного пространства, которое обычно не помещается под корпусом ракеты-носителя. Такая возможность расширения позволяет разместить его в небольшом стартовом объеме для запуска и развертывания в полностью открытом пространстве после выхода в открытый космос. В частности, надувные конструкции, которые можно разворачивать, были исследованы NASА с начала 1950-х годов и использовались в ряде космических полетов. Надувные спутники, стрелы и антенны могут использоваться на низкой околоземной орбите. Надувные теплозащитные экраны, замедлители и подушки безопасности могут использоваться для входа в атмосферу, снижения и посадки. Для жизни в открытом космосе можно использовать надувные жилища, воздушные шлюзы и космические станции исследования космоса и поверхности

земли. Надувные дирижабли и марсоходы могут быть использованы для перспективных миссий к другим мирам.

Это лишь некоторые из возможных применений надувных конструкций, которые будут изучаться в дальнейшем, поскольку мы стремимся расширить свое присутствие по всей Солнечной системе.


Учитывая размеры современных космических ракет-носителей, большие сооружения не могут быть доставлены в космос в полностью собранном виде. Модульные конструкции со сборкой в космосе, подобные процессу, используемому при строительстве Международной космической станции (МКС), являются эффективным методом создания крупных сборок, но требуют большого количества запусков. Однако, используя развертываемые структуры, крупномасштабную конструкцию можно вывести в космос одним запуском.



1. Технология надувания: использование гибких материалов для создания больших конструкций


1.1 Развертываемые структуры


Развертываемые структуры - это адаптивные системы, которые могут расширяться от комплектной конфигурации при запуске до функциональной, расширенное состояние. Эти устройства уже много лет используются на спутниках и в средах обитания, например, для размещения солнечных батарей, антенн и камер наблюдения. Они делятся на три основные категории, в зависимости от их использования и конструкции:

1) механизмы развертывания, которые обычно представляют собой переключатели и защелки, которые разворачивают жесткую конструкцию для фиксации в прямом положении, например антенны или устройства наведения;

2) раздвижные стрелы, которые обычно представляют собой сложенные ферменные элементы, расположенные линейно, и расширяются с помощью пружин или двигателей, подобных тем, которые используются на солнечных батареях МКС и космическом корабле "Кассини";

3) надувные конструкции, представляющие собой многомерные сосуды высокого давления, которые укрепляются за счет накачивания воздухом и использовались в качестве линейных стрел, сферических спутников и обитаемых модулей.

Воплощение мечты об исследовании и колонизации дальнего космоса потребует использования всех трех этих типов развертываемых конструкций на любом транспортном средстве будущего. Однако, при наличии большого количества пассажиров в одном транспортном средстве надувная среда обитания предлагает самое существенное преимущество аппарата для дальней космонавтики. Благодаря компактной конфигурации при запуске



надувной корпус может помещаться в ракету-носитель и расширяться на орбите, обеспечивая больший обитаемый объем по сравнению с металлическими конструкциями для будущих мест обитания в дальнем космосе.