AT521909A1 - Habitat für fremde Planeten und Monde - Google Patents

Abstract

Habitat für fremde Planeten und Monde bestehend aus einer oder mehreren geschlossenen aufblasbaren Membranhüllen (1), die zum Schutz vor kosmischer Strahlung und Mikrometeoriten (8) von oben mit Regolith (3) beschüttet werden, während die Membranhülle (1) an den Seiten nicht beschüttet wird, transparent ist und Spiegelfolien (4), die außerhalb der Seitenwände angebracht sind, das sichtbare Sonnenlicht (6) durch die jeweilige transparente Seitenwand in das Habitat hinein reflektieren, während die harte Partikelstrahlung (7) die Spiegelfolie durchdringt und im Boden darunter absorbiert wird. Die Spiegelfolie (4) kann entsprechend dem Sonnendeklinationswinkel geschwenkt werden, und ist vorzugsweise leicht gekrümmt um Sonnenlicht aus einer großen Fläche in das Habitat zu fokussieren. Zwecks Ausfallssicherheit und besserer Wärmedämmung besteht die Membranhülle aus mehreren Folienlagen, deren Zwischenraum in Zellen (11) unterteilt ist. In einer Umgebung mit sehr geringem Luftdruck weist die Membranhülle im transparenten Bereich einen weiteren evakuierten Zwischenraum (14) auf, wodurch die Wärmetransmission und Konvektion stark reduziert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Habitat auf Planeten und Monden.

Die Erfindung bezieht sich auf aufblasbare Baukörper, die als Aufenthaltsbereich, Arbeitsraum und Gewächshaus auf fremden Planeten und Monden dienen können,

Die Erfindung ist speziell als Habitat für den Mars vorgesehen, kann aber bei entsprechender Veränderung einiger Parameter auch

für andere Planeten oder Monde adaptiert werden.

Die Herausforderungen für Habitate am Mars sind folgende:

Der Luftdruck beträgt nur 0,6% jenes der Erde in Seehöhe

Die Atmosphäre enthält kaum Sauerstoff, dafür aber hauptsächlich CO2. Da die Atmosphäre so dünn ist und der Mars kein Magnetfeld hat, können sowohl die auf längere Zeit tödlichen kosmischen Strahlen, aber auch zahlreiche Mikrometeoriten mit der Einschlagkraft von Gewehrkugeln auf die Oberfläche treffen.

Zudem ist es extrem energieaufwändig Baumaterial oder Bauteile in den Erd-Orbit zu bringen, und nochmals aufwändiger bis zum Mars. Denn die Masse des dafür benötigten Treibstoffs beträgt fast ein Hundertfaches von der Masse der zu befördernden Nutzlast.

Es gibt bereits veröffentlichte Konzepte für Marshabitate, welche aufblasbare Baukörper vorsehen, die zum Schutz vor kosmischer Partikelstrahlung und Mikrometeoriten mit Marsregolith bzw. Marssand und Gestein überdeckt werden sollen. Allerdings gibt es bei einer solchen Konstruktion keine Möglichkeit Sonnenlicht im Inneren zu Nutzen. Es gibt daher auch ein anderes Konzept von CloudsAO https://cloudsao.com/MARS-ICE-HOME ‚, bei dem das Habitat von einer circa zwei Meter dicken Eisschicht umhüllt wird, die einerseits sichtbares Licht durchlassen soll,andererseits aber die schädliche kosmische Partikelstrahlung großteils abhält.

Bei diesem Konzept gibt es aber folgende ungelöste Probleme:

Die Eisschicht muss innen und außen mit einer transparenten Folie versiegelt werden, da das Eis bei dem extrem niedrigen Luftdruck bereits bei plus 3°c verdampft. Auf dem Marsäquator wird jedoch tagsüber eine Temperatur bis zu 20°c erreicht.Die Folie muss daher einen im Vergleich zur umgebenden Atmosphäre sehr hohen Druck von ca 50KN/m2 halten. Sie ist auch der harten Strahlung ausgesetzt welche über längeren Zeitraum das Material zersetzt. Wird die Folie durch einen Mikrometeoriten durchlöchert, kann das Eis ungehindert nach außen verdampfen. Zudem ist Wasser am Mars ein

äußerst knappes Gut.

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Wird dieses habitat nahe der Pole angesiedelt, wo auszuschließen ist, dass die Temperatur über +3°c steigen kann, steigt wiederum der Heizbedarf stark an, während die Energiegewinne durch Sonneneinstrahlung deutlich weniger werden.

Um den selben Schutz vor kosmischer Strahlung zu leisten wie die Erdatmosphäre müsste die Eisschicht zehn Meter dick sein. Wenn die Eisschicht nun zum Beispiel zwei Meter dick ist, um einigermaßen ausreichend Schutz zu bieten, wäre die Lichttransmission

bereits stark reduziert, der Wärmedurchgang mit 1,1W/m2k jedoch immer noch sehr hoch. Der Wärmedurchgang und die Lichttransmission stünden also in einem sehr schlechten Verhältnis zueinander, vor

allem für ein Gewächshaus.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde vorfabrizierte aufblasbare Module zu schaffen, welche eine extrem niedrige Transportmasse aufweisen, deren Hülle und Innenraum gut vor Kälte, vor kosmischer Strahlung und Mikrometeoriten geschützt sind, und die zugleich die ausreichende Nutzung von natürlichem Sonnenlicht für Pflanzen und Beheizung im Inneren ermöglichen, ohne die

zuvor genannten Nachteile. Zudem sollten die aufblasbaren Module

in vielfälliger Konfiguration miteinander verbunden werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass - eine aufgeblasene Membranhülle als Habitat dient, die vor Strahlung und Meteoriten geschützt ist, indem sie von oben

mehrere Meter dick mit Marsregolith beschüttet wird.

- die Seitenwände der Membranhülle transparent sind, wodurch

im flachen Winkel Licht eintreffen kann.

- außen entlang der transparenten Seitenwänden Spiegelfolien aufgespannt sind, welche das nützliche sichtbare Licht durch die transparenten Seitenwände in den aufgeblasenen Membrankörper hinein reflektieren, während die harte Partikelstrahlung die Spiegelfolie durchdringt und vom

darunter befindlichen Marsboden absorbiert wird.

aufgeblasene Membranhülle konzentriert werden kann.

die Spiegelfolie vorzugsweise genau in Nord oder Südrichtung geneigt ist und in West-Ostrichtung parallel zur Seitenwand verläuft, wodurch der Reflexionswinkel während der gesamten

Tageszeit von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang gleich bleibt.

die Spiegelfolie durch eine Vorrichtung unterschiedlich geneigt werden kann um somit der Deklination der Sonne im

Laufe der Jahreszeiten folgen zu können.

das Habitat vorzugsweise am Marsäquator aufgestellt wird, wo die Sonnenstrahlung vertikal von oben kommt, aber auch andere vom Äquator entfernte Standorte möglich sind, wenn die Lage und die Neigung der Spiegelfolie entsprechend adaptiert

werden.

wenn das Habitat am Mond errichtet wird, wo es

vorteilhafter ist dieses an den Polen zu platzieren die permanent und gleichmäßig von der Sonne beschienen sind, zwei jeweils geneigte Spiegelfolien angebracht werden, die das horizontal ankommende Sonnenlicht zwei Mal umlenken und in

die aufblasbare Membranhülle reflektieren.

hinter den Spiegelfolien Marsregolith aufgehäuft wird, um auch die aus flachem Winkel kommende kosmische Strahlung

abzuschirmen.

ein auskragendes, und ebenfalls mit Regolith beschüttetes, Vordach die transparente Seitenwand vor Meteoriten und kosmischer Strahlung, die aus steilem Winkel eintreffen, schützt.

die transparente Seitenwand aus mindestens drei Membranlagen besteht, wobei der Zwischenraum zwischen den beiden äußersten Lagen ein Vakuum aufweist, was eine nur sehr geringe

Wärmetransmission nach außen bewirkt.

nur der Druckkraft standhalten braucht, die jeweils auf die

Fläche innerhalb einer Seilnetzmasche wirkt.

die Membranhülle zuerst beschüttet und dann aufgeblasen wird, wodurch die Beschüttung mit angehoben wird. Das Gewicht der Beschüttung wirkt dabei dem inneren Druck entgegen, wodurch sich diese beiden Kräfte gegenseitig zum Teil aufheben und somit die mechanische Materialbelastung reduziert wird. Wird die Membranhülle z.B. mit 500 Millibar, also fast halben Erd-Atmosphärendruck aufgeblasen, so kann damit auf dem Mars eine bis sechs Meter dicke Beschüttung aus Sand und Gestein

angehoben und getragen werden.

Die Erfindung für das Marshabitat ist gekennzeichnet durch eine Hülle 1 aus aufgeblasenem mehrlagigem Membranmaterial, welche am Boden ausgebreitet und zum Schutz vor Strahlung 8 und Meteoriten 8 von oben mehrere Meter dick mit Marsregolith 3 beschüttet wird. Um eine Erosion des Regolith zu vehindern, kann dieser auch zuvor in

leichte Säcke gepackt und dann gestappelt werden.

Die Membranhülle 1 wird aufgeblasen, wodurch die Beschüttung 3 zugleich mit angehoben wird. Das Gewicht der Beschüttung 3 wirkt dabei dem inneren Druck entgegen, wodurch sich diese beiden Kräfte gegenseitig zum Teil aufheben und somit die mechanische Materialbelastung reduziert wird. Wird die Membranhülle 1 z.B. mit 500 Millibar, also fast halben Erd-Atmosphärendruck aufgeblasen, so kann damit auf dem Mars eine bis sechs Meter dicke Beschüttung

3 aus Sand und Gestein angehoben und getragen werden.

Die beiden inneren Membranlagen sind so miteinander verschweißt, dass der Zwischenraum in einzelne luftdichte Zellen 11 unterteilt ist. Wird die innere oder die äußere der beiden Membranen an einer Stelle beschädigt, zeigt sich das sogleich durch einen Druckabfall innerhalb der Zelle 11. Die beschädigte Stelle kann somit leicht für die Reparatur lokalisiert werden. Ist die dem Innenraum zugewandte Membran beschädigt, so hängt die Membran innerhalb der Zelle lose durch 16 ‚,‚ da in diesem Fall der Luftdruck innerhalb der Zelle und im Innenraum gleich ist. Ist hingegen die äußere Membran beschädigt, so wird die innere Membran durch den inneren

Luftdruck gegen die äußere Membran prall nach außen gedrückt 15

Um Sonnenlicht im Inneren zu nutzen ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände der aufgeblasenen Membranhülle 1 aus mindestens drei Lagen transparentem Membranmaterial bestehen. Die äußeren beiden Membranlagen werden durch aufgeblasene Körper 13 auf Abstand gehalten. Der Raum dazwischen 14 ist evakuiert um den Wärmedurchgang und die Wärmekonvektion möglichst zu unterbinden. Die Druckdifferenz zwischen dem Vakuum und der Marsatmosphäre beträgt bloß sechs Millibar, wodurch die äußerste Folienlage nur sehr gering mechanisch belastet ist. Auch bei der transparenten Seitenwand sind beiden inneren Membranlagen so miteinander verschweißt, dass der Zwischenraum in einzelne luftdichte Zellen 12 unterteilt ist.

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Da transparente Folien aus homogenem Material bestehen ist deren Reissfestigkeit nicht besonders hoch. Daher zeichnet sich die Erfindung auch dadurch aus,dass die transparente Membran von einem hoch reissfesten Seilnetz 10 umhüllt und somit unterstützt wird, wodurch die Membran selbst nur jener Druckkraft standhalten braucht, die jeweils auf die Fläche innerhalb einer Seilnetzmasche 10 wirkt.

Seile 22 können auch im Inneren zwischen gegenüberliegenden Membranflächen gespannt sein, um Querschnittsformen zu erzielen die von einem Kreis deutlich abweichen, also zum Beispiel um eine deutlich mehr breite als hohe Querschnittsform zu erzielen.

Die Erfindung ist weiters dadurch gekennzeichnet, dass die Membranhülle 1 einen oder mehrere Rahmen 21 integriert hat, die mit luftdicht verschließbaren Türblättern versehen werden können und die mit den Rahmen 21 anderer Membranhüllen 1 gleicher Bauart verschraubt werden können, um so mehrere Membranhüllen 1 zu größeren Strukturen zu verbinden.

Parallel zu den Seitenwänden sind eine oder mehrere Spiegelfolien 4 gespannt, welche das sichtbare Sonnenlicht 6 durch die transparente Seitenwand hindurch in das Innere der aufgeblasenen Membranhülle reflektieren, während die harte Partikelstrahlung 7 die Spiegelfolie 4 durchdringt und im Marsboden absorbiert wird. Die Spiegelfolie 4 in dieser Erfindung ist weiters dadurch gekennzeichnet, dass sie durch eine Vorrichtung 5 unterschiedlich geneigt und gespannt werden kann.

Die Neigung kann für eine optimale Lichtreflexion, dem Jahreszeitlichen Deklinationswinkel der Sonne, folgen, während durch die Einstellung der Spannung die hängende Spiegelfolie 4 entsprechend einer stärker oder schwächer gekrümmten Parabelkurve durchhängt, wodurch von einer größeren Spiegelfläche mehr

Sonnenlicht in das Habitat konzentriert werden kann.

Um die Massenreduktion und modulare Erweiterbarkeit und Veränderbarkeit zu optimieren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Zwischenwände und Möbel als standardisierte

aufblasbare Module 18 vorfabriziert sind.

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Die Erfindung zeichnet sich zudem dadurch aus, dass für den Zugang in die durch die aufblasbaren Wandelemente abgetrennten Innenräume keine festen Türblätter vorgesehen sind, sondern Lippen 19 aus aufgeblasener Folie, die durch die pneumatische Spannung dicht aneinander gepresst werden. Wenn man den Raum betritt, drückt man

diese elastischen Lippen 19 auseinander und zwängt sich hindurch.

ausgelegt und ausgerollt wird

Figur 2 zeigt in einer Schnittzeichnung die ausgerollte Membranhülle 1 mit aufgesteckten Sonnenblenden 2 im Querschnitt dargestellt

Figur 3 zeigt in einer Schnittzeichnung wie die ausgerollte Membranhülle 1 mit Regolith 3 beschüttet wird. Seile 10 werden

durch den Regolith verlegt und mit den Sonnenblenden 2 verbunden.

Figur 4 zeigt in einer Schnittzeichnung wie die Membranhülle 1 aufgeblasen wird und dadurch auch die Regolithbeschüttung 3 anhebt. An den im Regolith verlegten Seilen 10 Hängen die Sonnenblenden 2

Figur 5 zeigt in einer Schnittzeichnung die aufgeblasene Membranhülle 1 mitsamt den Spiegelfolien 4, welche das vertikal einfallende sichtbare Sonnenlicht 6 in das Innere der Membranhülle 1 lenken, während die harte Partikelstrahlung 7 die Spiegelfolie 4 ungehindert durchdringt. Minimeteoriten 8 und kosmische Strahlung werden von der Beschüttung 3 und den Wällen 9 hinter der

Spiegelfolie 4 abgehalten

Figur 6 zeigt in einer Schnittzeichnung die aufgeblasene Membranhülle 1 mitsamt den Spiegelfolien 4 welche durch eine Vorrichtung 5 in ihrem Winkel geneigt wurden, um am Marsäquator im Sommer oder Winter dem 25° Deklinationswinkel der Sonne zu folgen, um das gesamte auftreffende Licht in das Innere der Membranhülle 1

zu reflektieren.

Figur 7 zeigt in einer schnitt-perspektivischen Zeichnung die aufgeblasene Membranhülle 1 mitsamt den Spiegelfolien 4, Beschüttung 3, Regolithwälle 9 hinter den Spiegelfolien 4 und Seilnetzverstärkung 10 der transparenten Seitenwand der Membranhülle 1.

Folien, und der äußersten Folie mit dem evakuierten Zwischenraum 14.

Figur 9 zeigt in einer Schnittzeichnung im Detail eine Zelle der zweilagige Außenhülle, bei der die innere Folie 16 beschädigt ist und daneben eine gleichartige Zelle, bei der die äußere Folie 15

beschädigt ist.

Figur 10 zeigt in einer Schnittzeichnung eine Variante des Habitats für den Mond an dessen Polen. Die beiden ringförmig angeordneten Spiegelfolien 4, 17 lenken das Sonnenlicht zwei Mal um und in die aufgeblasene Membranhülle 1 hinein. Dem unteren Folienring ist ein Wall 9 aus Regolith vorgelagert, welcher kosmische Strahlung und Meteoriten 8 aus der horizontalen Richtung

abschirmt.

Figur 11 zeigt in einer schnittperspektivischen Darstellung eine Variante des Habitats für den Mond an dessen Polen. Die beiden ringförmig angeordneten Spiegelfolien 4, 17 lenken das Sonnenlicht in die aufgeblasene Membranhülle 1 hinein. Dem unteren Folienring ist ein Wall aus Regolith 9 vorgelagert welcher kosmische Strahlung und Meteoriten 8 aus der horizontalen Richtung

abschirmt.

Figur 12 zeigt in einer Isometrischen Darstellung diverse

modulare Wandelemente 18 ‚,‚ die an den Kanten mit Reissverschlüssen 20 ausgestattet sind und in einem geometrischen Grundrissraster über korrespondierende Reissverschlüsse 20 mit Boden, Wand und anderen Wandelementem 18 verbunden werden können. Darunter auch Wandelemente mit Durchgang bestehend aus pneumatisch gespannten

Lippen 19.

Figur 13 zeigt in zwei Grundrissvarianten, wie ein Torus-förmiges Habitatmodul durch aufblasbare Wandelemente 18,19 an den rastermäßig angeordneten Anschlussstellen 20 unterteilt und

möbliert werden kann.

ere Module angedockt werden kann.

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Claims (1)

1. ein Habitat für fremde Planeten und Monde dadurch gekennzeichnet, dass dieses aus einer oder mehreren geschlossenen aufblasbaren Membranhüllen (1) besteht, die zum Schutz vor kosmischer Strahlung und Mikrometeoriten (8)von oben mit Regolith (3)beschüttet werden, während die Membranhülle (1)an den Seiten nicht beschüttet wird und transparent ist und Spiegelfolien (4), die außerhalb der

Seitenwände angebracht sind, das sichtbare Sonnenlicht (6)

durch die jeweilige transparente Seitenwand in das Habitat

hinein reflektieren, während die harte Partikelstrahlung (7)

die Spiegelfolie durchdringt und im Boden darunter absorbiert wird.

2. ein Habitat für fremde Planeten und Monde nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelfolien (4)durch eine Vorrichtung (5)in ihrer Neigung verstellt werden können, um so für die Reflexion optimal dem jahreszeitlichen oder auch

tageszeitlichen Verlauf der Sonneneinstrahlungsrichtung folgen zu können.

3. ein Habitat für fremde Planeten und Monde nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die aufgrund der Schwerkraft durchhängenden Spiegelfolien (4) durch eine Vorrichtung (5) unterschiedlich stark gespannt werden können, wodurch die Krümmung ihrer Oberfläche so eingestellt werden kann, dass von der gesamten Spiegelfläche das reflektierte Sonnenlicht in das Habitat optisch

konzentriert werden kann.

4. ein Habitat für fremde Planeten und Monde nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass es oberhalb der transparenten Seitenwände Vordächer (2)aufweist, welche vor kosmischer Strahlung und Meteoriten (8),die aus steilem Winkel schräg eintreffen, schützen, und diese Vordächer (2)über Seile (10)abgehängt sind, die in der Regolithbeschüttung (3)verankert sind.

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ein Habitat für fremde Planeten und Monde nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Membranhülle (1), dort wo sie von Regolith (3)umgeben ist, aus mindestens zwei Folienlagen besteht, die miteinander so verschweisst sind, dass der Zwischenraum in gasdicht geschlossene Zellen (1l)unterteilt ist, die einzeln mit Luft befüllt sind.

ein Habitat für fremde Planeten und Monde nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Membranhülle (1), dort wo sie transparent ist, aus mindestens drei transparenten Folienlagen besteht, wobei die beiden inneren Lagen miteinander so verschweisst sind, dass der Zwischenraum in gasdicht geschlossene Zellen (12)unterteilt ist, die einzeln mit CO2 befüllt sind, die äußerste Folie mit vorzugsweise pneumatischen Schläuchen (13) hingegen auf Abstand gehalten wird und der Zwischenraum (14)zur nächsten

Folie evakuiert ist.

ein Habitat für fremde Planeten und Monde nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die

Membranhülle durch ein zusätzliches Seilnetz (10) verstärkt ist.

ein Habitat für fremde Planeten und Monde nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass wenn das Habitat an einer Polkappe errichtet wird, eine zweite Spiegelfolie (17)außen errichtet wird, die durch ihre weitere Reflexion, auch horizontal einstrahlendes Sonnenlicht (6)ins

Innere reflektieren kann.

ein Habitat für fremde Planeten und Monde nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Membranhüllen (1) modular sind, indem in die Membranhüllen Rahmenöffnungen (21)integriert sind, die einerseits mittels Türblätter dicht verschließbar sind, andererseits aber mit den Rahmen (21)anderer Membranhüllen (1)zur Vergrößerung und

Erweiterung des gesamten Habitats verbunden werden können.

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11.

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ein Habitat für fremde Planeten und Monde nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass modulare Wandelemente (18)zur inneren Raumunterteilung ebenfalls aufblasbar sind und Reissverschlusshälften (20)an den Außenkanten aufweisen, womit sie an verschiedenen bestimmten Stellen an der äußeren aufblasbaren Membranhülle

1), wo korrespondierende Reissverschlusshälften angebracht sind, befestigt werden können,

ein Habitat für fremde Planeten und Monde nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgänge (19)in den Innenwänden aus jeweils zwei aufblasbaren aneinander gepressten Lippen bestehen, die sich zum Durchschreiten durch Krafteinwirkung elastisch auseinander drücken lassen und bei Nachlassen der

Krafteinwirkung sich wieder schließen.

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