CN109779029A - 用于太空基地的铝合金索膜结构及其建造方法 - Google Patents

用于太空基地的铝合金索膜结构及其建造方法 Download PDF

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Abstract

用于太空基地的铝合金索膜结构及其建造方法，本发明涉及太空基地建造领域，它要解决现有膜结构建筑难以适用于月球或火星基地的大气压差环境的问题。该用于太空基地的建筑结构的基座固定在月球或者火星表面，建筑薄膜罩设在基座的座体上形成建筑物，多层建筑薄膜叠层设置，多层建筑薄膜与基座气密连接，最内层的建筑薄膜与基座之间形成气压腔，相邻两层建筑薄膜之间也形成气压腔，建筑物最外层的建筑薄膜的膜表面设置有拉索，设标准大气压与月球或火星的气压差为P，建筑薄膜共有N层，相邻气压腔内的气压差为P/N。本发明提出的多层分级充气建筑结构能够降低每层薄膜所承受的压力，使膜结构这种自重极轻的建筑材料在太空基地上得以应用。

Description

用于太空基地的铝合金索膜结构及其建造方法
技术领域
本发明涉及太空基地建造领域，具体涉及一种适用于月球和火星基地的建筑结构及其建造方法。
背景技术
作为人类走出地球、进入深空的重要途径，建立有人月球和火星基地能将人类的活动区域扩展到月球和火星，进而开发和利用月球和火星资源，服务于人类社会的可持续发展。但到目前为止尚未有切实可行的月球和火星基地建造方法,针对这一情况,需要提出一种适用于月球和火星基地的建筑结构体系。
月球和与地球相距38万公里，火星与地球相距5500万公里，从地球运送物资到月球或火星成本高昂。而月球表面近乎真空，火星表面的大气压强仅为地球表面的1％，如此大的气压差使现有膜结构建筑难以承受。
发明内容
本发明要解决现有膜结构建筑难以适用于月球或火星基地的大气压差环境的问题，而提供一种用于太空基地的铝合金索膜结构及其建造方法。
本发明用于太空基地的铝合金索膜结构包括基座、多层建筑薄膜和拉索，基座固定在月球或者火星表面，建筑薄膜罩设在基座的座体上形成建筑物，多层建筑薄膜叠层设置，多层建筑薄膜与基座气密连接，建筑薄膜之间充气，最内层的建筑薄膜与基座之间形成气压腔，相邻两层建筑薄膜之间也形成气压腔，建筑物最外层的建筑薄膜的膜表面设置有拉索，设标准大气压与月球或火星的气压差为P，建筑薄膜共有N层，建筑物由内至外气压腔内的充气气压逐层减小，相邻气压腔内的气压差为P/N。
本发明用于太空基地的铝合金索膜结构的建造方法按下列步骤实现：
一、设标准大气压与月球或火星的气压差为P，首先将第一层建筑薄膜与基座进行气密性连接形成气压腔，对气压腔进行充气，充气气压为P/N；
二、将第二层建筑薄膜与基座进行气密性连接，第二层建筑薄膜和第一层建筑薄膜之间形成气压腔，对第一层建筑薄膜与基座之间形成的气压腔和第二层建筑薄膜和第一层建筑薄膜之间形成的气压腔同时进行充气，充气气压均为P/N；
三、重复建筑薄膜的叠层以及充气过程，即将第i层建筑薄膜与基座进行气密性连接，第i层建筑薄膜和第i-1层建筑薄膜之间形成气压腔，并对建筑物内形成的气压腔同时进行充气，充气气压均为P/N；
四、直至将第N层建筑薄膜与基座进行气密性连接，第N层建筑薄膜和第N-1层建筑薄膜之间形成气压腔，最后对建筑物内形成的所有气压腔同时进行充气，充气气压为P/N，此时第一层建筑薄膜与基座形成的气压腔的气压已达到标准大气压，完成用于太空基地的铝合金索膜结构的建造。
从地球运送物资到月球或火星的成本高昂，本发明采用自重极轻的索膜结构有效降低运输成本；月球表面近乎真空，火星表面的大气压强仅为地球表面的1％，如此大的气压差使现有膜结构难以承受，本发明提出的多层分级充气建筑结构能够降低每层薄膜所承受的压力，使膜结构这种自重极轻的建筑材料在太空基地或太空模拟实验中得以应用。
附图说明
图1为本发明用于太空基地的铝合金索膜结构的整体结构示意图；
图2为实施例中一层建筑薄膜的充气气压结构示意图；
图3为实施例中二层建筑薄膜的充气气压结构示意图；
图4为实施例中N层建筑薄膜的充气气压结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式用于太空基地的铝合金索膜结构包括基座1、多层建筑薄膜2和拉索3，基座1固定在月球或者火星表面，建筑薄膜2罩设在基座1的座体上形成建筑物，多层建筑薄膜2叠层设置，多层建筑薄膜2与基座1气密连接，建筑薄膜2之间充气，最内层的建筑薄膜2与基座1之间形成气压腔4，相邻两层建筑薄膜2之间也形成气压腔4，建筑物最外层的建筑薄膜2的膜表面设置有拉索3，设标准大气压与月球或火星的气压差为P，建筑薄膜2共有N层，建筑物由内至外气压腔4内的充气气压逐层减小，相邻气压腔内的气压差为P/N。
本实施方式铝合金基座采用折叠技术以减少运输空间；多层分级充气降低每层薄膜所承受的压力；索膜结构建筑材料自重轻，有效降低建筑成本，最外层薄膜采用拉索增加膜结构的刚度。
本实施方式建筑薄膜的材质为PTFE、PVC或ETFE。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是基座1的材质为铝合金。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是建筑薄膜2罩设在基座1的座体上形成半球形建筑物。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是拉索3沿半球形的经线均匀设置，拉索3的自由端固定在基座1上。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是拉索3的数量为6～12条。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是建筑薄膜2共设置2～10层。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是多层建筑薄膜2叠层设置，相邻两层建筑薄膜2的间距为5～10mm。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是气压腔4内采用液态空气瓶充气。
本实施方式充气装置是液态空气瓶通过送风管道连接的充气膜和送风机，充气膜上设有气密门，充气膜上端通过线路连接自控和检测设备。
具体实施方式九：本实施方式用于太空基地的铝合金索膜结构的建造方法按下列步骤实施：
一、设标准大气压与月球或火星的气压差为P，首先将第一层建筑薄膜与基座进行气密性连接形成气压腔，对气压腔进行充气，充气气压为P/N；
二、将第二层建筑薄膜与基座进行气密性连接，第二层建筑薄膜和第一层建筑薄膜之间形成气压腔，对第一层建筑薄膜与基座之间形成的气压腔和第二层建筑薄膜和第一层建筑薄膜之间形成的气压腔同时进行充气，充气气压均为P/N；
三、重复建筑薄膜的叠层以及充气过程，即将第i层建筑薄膜与基座进行气密性连接，第i层建筑薄膜和第i-1层建筑薄膜之间形成气压腔，并对建筑物内形成的气压腔同时进行充气，充气气压均为P/N；
四、直至将第N层建筑薄膜与基座进行气密性连接，第N层建筑薄膜和第N-1层建筑薄膜之间形成气压腔，最后对建筑物内形成的所有气压腔同时进行充气，充气气压为P/N，此时第一层建筑薄膜与基座形成的气压腔的气压已达到标准大气压，完成用于太空基地的铝合金索膜结构的建造。
实施例：本实施例用于太空基地的铝合金索膜结构包括基座1、多层建筑薄膜2和拉索3，基座1固定在月球或者火星表面，建筑薄膜2罩设在基座1的座体上形成半球形建筑物，多层建筑薄膜2叠层设置，多层建筑薄膜2与基座1气密连接，建筑薄膜2之间充气，最内层的建筑薄膜2与基座1之间形成气压腔4，相邻两层建筑薄膜2之间也形成气压腔4，建筑物最外层的建筑薄膜2的膜表面设置有拉索3，设标准大气压与月球或火星的气压差为P，建筑薄膜2共有N层，建筑物由内至外气压腔4内的充气气压逐层减小，相邻气压腔内的气压差为P/N。
本实施例半球形建筑物采用多层分级充气，分为N层，进行N次充气，N的取值大于等于2，建筑物的构建方法如下：
一、设标准大气压与月球或火星的气压差为P，首先将第一层建筑薄膜2与基座1进行气密性连接形成气压腔4，对气压腔4进行充气，充气气压为P/N，此时薄膜气压分布如图2所示；
二、将第二层建筑薄膜2与基座1进行气密性连接，第二层建筑薄膜2和第一层建筑薄膜2之间形成气压腔4，对第一层建筑薄膜2与基座1之间形成的气压腔4和第二层建筑薄膜2和第一层建筑薄膜2之间形成的气压腔4同时进行充气，充气气压均为P/N，此时薄膜气压分布如图3所示；
三、重复建筑薄膜2的叠层以及充气过程，即将第i层建筑薄膜2与基座1进行气密性连接，第i层建筑薄膜2和第i-1层建筑薄膜2之间形成气压腔4，并对建筑物内形成的气压腔4同时进行充气，充气气压均为P/N，此时薄膜气压分布如图4所示；
四、直至将第N层建筑薄膜2与基座1进行气密性连接，第N层建筑薄膜2和第N-1层建筑薄膜2之间形成气压腔4，最后对建筑物内形成的所有气压腔4同时进行充气，充气气压为P/N，此时第一层建筑薄膜2与基座1形成的气压腔4的气压已达到标准大气压，完成用于太空基地的铝合金索膜结构的建造。

Claims (9)

1.用于太空基地的铝合金索膜结构，其特征在于该用于太空基地的铝合金索膜结构包括基座(1)、多层建筑薄膜(2)和拉索(3)，基座(1)固定在月球或者火星表面，建筑薄膜(2)罩设在基座(1)的座体上形成建筑物，多层建筑薄膜(2)叠层设置，多层建筑薄膜(2)与基座(1)气密连接，建筑薄膜(2)之间充气，最内层的建筑薄膜(2)与基座(1)之间形成气压腔(4)，相邻两层建筑薄膜(2)之间也形成气压腔(4)，建筑物最外层的建筑薄膜(2)的膜表面设置有拉索(3)，设标准大气压与月球或火星的气压差为P，建筑薄膜(2)共有N层，建筑物由内至外气压腔(4)内的充气气压逐层减小，相邻气压腔(4)内的气压差为P/N。
2.根据权利要求1所述的用于太空基地的铝合金索膜结构，其特征在于基座(1)的材质为铝合金。
3.根据权利要求1所述的用于太空基地的铝合金索膜结构，其特征在于建筑薄膜(2)罩设在基座(1)的座体上形成半球形建筑物。
4.根据权利要求3所述的用于太空基地的铝合金索膜结构，其特征在于拉索(3)沿半球形的经线均匀设置，拉索(3)的自由端固定在基座(1)上。
5.根据权利要求4所述的用于太空基地的铝合金索膜结构，其特征在于拉索(3)的数量为6～12条。
6.根据权利要求1所述的用于太空基地的铝合金索膜结构，其特征在于建筑薄膜(2)共设置2～10层。
7.根据权利要求1所述的用于太空基地的铝合金索膜结构，其特征在于多层建筑薄膜(2)叠层设置，相邻两层建筑薄膜(2)的间距为5～10mm。
8.根据权利要求1所述的用于太空基地的铝合金索膜结构，其特征在于气压腔(4)内采用液态空气瓶充气。
9.如权利要求1所述的用于太空基地的铝合金索膜结构的建造方法，其特征在于按下列步骤实现：
一、设标准大气压与月球或火星的气压差为P，首先将第一层建筑薄膜与基座进行气密性连接形成气压腔，对气压腔进行充气，充气气压为P/N；
二、将第二层建筑薄膜与基座进行气密性连接，第二层建筑薄膜和第一层建筑薄膜之间形成气压腔，对第一层建筑薄膜与基座之间形成的气压腔和第二层建筑薄膜和第一层建筑薄膜之间形成的气压腔同时进行充气，充气气压均为P/N；
三、重复建筑薄膜的叠层以及充气过程，即将第i层建筑薄膜与基座进行气密性连接，第i层建筑薄膜和第i-1层建筑薄膜之间形成气压腔，并对建筑物内形成的气压腔同时进行充气，充气气压均为P/N；
四、直至将第N层建筑薄膜与基座进行气密性连接，第N层建筑薄膜和第N-1层建筑薄膜之间形成气压腔，最后对建筑物内形成的所有气压腔同时进行充气，充气气压为P/N，此时第一层建筑薄膜与基座形成的气压腔的气压已达到标准大气压，完成用于太空基地的铝合金索膜结构的建造。
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