CN116084571B - 环形基地单元模块及使用其模块建造的模块化环形月面基地 - Google Patents

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Abstract

环形基地单元模块及使用其模块建造的模块化环形月面基地，涉及月球基地建造技术领域。为解决现有月球基地无法实现大尺寸空间结构的建造，并且月球基地的外表面不具有防辐射的特性，导致人类无法长时间居住的问题。本发明中的模块化环形月面基地采用多个环形基地单元模块成矩阵式分布，且相邻的两个环形基地单元上的连接通道相通；基于组装思想的月面基地打破了现有固定式空间结构的尺寸限制，可形成数十米的超大尺寸月面基地；月面基地建设将地面预制和原位制造充分结合，发挥了各自的优势，其主体结构力学性能优异，可满足于人类长期驻月的需求；在环形基地单元模块的内表面铺设月壤砖层，从而具有防辐射的功能。本发明适用于月球基地建造领域。

Description

环形基地单元模块及使用其模块建造的模块化环形月面基地
技术领域
本发明涉及月球基地建造技术领域，具体涉及环形基地单元模块及使用其模块建造的模块化环形月面基地。
背景技术
随着航天领域深空探测任务的不断推进，作为中转站的月球对于后续行星探索有着举足轻重的作用。因而，近些年来，国内外对于探月的热情持续上涨，建设月球基地作为人类长期驻月的必然需求，更是受到一众研究人员的关注。
不同于地面环境，月球存在弱重力、大温差、强辐射、高真空的极端恶劣环境，考虑到地月距离远超常规卫星发射距离，对于月球基地建设的地面运输物要尽可能少，质量尽可能轻。因而，对月球基地有着轻量化、优异力学性能、模块化、密封性、防辐射和保温性等性能的要求。
中国专利(公开号：CN113235736A)公开了一种能够原位利用月球资源的月球基地，该月球基地的载人居住及生命保障系统用于人类居住，月球基地资源原位利用系统为月球基地建造提供氧元素和金属元素，月球基地能源系统用于提供月球基地运行的能源，月球基地热控系统用于控制月球基地载人舱段的温度，月球基地防护系统用于防护月球基地载人舱段。解决如何建造一个适合研究月球的月球基地的技术问题，本发明的载人居住及生命保障系统为宇航员提供居住条件，月球基地资源原位利用系统为月球基地的扩展以及宇航员的消耗提供原位资源，月球基地能源系统提供能量，月球基地热控系统为宇航员提供适宜的居住温度，月球基地防护系统能够防止宇航员受到宇宙辐射的危害；该公开专利的技术方案是利用月壤原位制造月球基地；
中国专利(公开号：CN111874272A)公开了一种柔性可展开月球居住舱，包括上盖、下框、连接在所述上盖和下框之间的立柱，相邻所述立柱之间设有通道舱门或独立舱门，沿圆周方向，所述通道舱门和所述独立舱门间隔设置；所述上盖与所述下框之间的区域为中心舱室；所述下框上铰接有第一展开推拉杆，所述第一展开推拉杆上固定有地板，所述地板沿圆周方向设置在所述通道舱门和独立舱门的外周。本发明的居住舱，在折叠状态利用火箭进行发射，然后在月球表面进行充气展开固定，将标准化的月球居住舱按照标准对接机构进行交会对接，还可以扩展成有一定规模的月球基地。具有发射体积小、折叠效率高，功能集成度高，空间防护能力强，工程实施简单、发射成本低的优点；该公开专利的技术方案是从地球发射到月球的一体式月球基地；
由于运载火箭整流罩尺寸限制，单独依靠可展开结构难以形成数十米的超大尺寸空间结构，难以满足人类长期驻月基地的更大建筑空间需求。现有的研究证明了一定厚度的月壤层具有防宇宙线辐射的效果，但现有的月壤原位制造样品结构强度较低，将其直接作为基地的主体支撑结构有一定的风险。此外，现有的月面基地的建造方案多为独立的单元模块，未有考虑到紧急事故突发时的防护墙需求。
综上所述，现有结构的月球基地无法实现大尺寸空间结构的建造，并且月球基地的外表面不具有防辐射的特性，导致人类无法长时间居住的问题。
发明内容
本发明为解决现有结构的月球基地无法实现大尺寸空间结构的建造，并且月球基地的外表面不具有防辐射的特性，导致人类无法长时间居住的问题，而提出一种环形基地单元模块及使用其模块建造的模块化环形月面基地。
本发明的一种环形基地单元模块，其组成包括圆环形壳体1、连接通道2和环形地板5；圆环形壳体1的外表面沿圆周方向均匀的设有n个连接通道2，n为正整数，且连接通道2与圆环形壳体1的内部连通设置，圆环形壳体1的内部中央处设有环形地板5；
进一步地，所述的连接通道2的数量n，2≤n≤4；
进一步地，所述的圆环形壳体1的内表面均匀地铺设有月壤砖层4，月壤砖层4上均匀地铺设有点阵泡沫复合结构层3；
进一步地，所述的点阵泡沫复合结构层3包括多个点阵单元体，多个点阵单元体成圆环式分布；
进一步地，所述的每两个点阵单元体之间通过销钉连接；
进一步地，所述的每两个点阵单元体之间焊接固定；
进一步地，所述的点阵单元体由两个点阵泡沫单胞3-1并列连接组成；
进一步地，所述的点阵泡沫单胞3-1的内部填充保温泡沫；
进一步地，所述的点阵泡沫单胞3-1为立方体，且点阵泡沫单胞3-1的外表面上设有金属板；
本发明的一种使用环形基地单元模块建造的模块化环形月面基地，其组成包括多个环形基地单元模块，多个环形基地单元模块成矩阵式分布，且相邻的两个环形基地单元上的连接通道2相通；
进一步地，在建造的过程中，先利用吊装机器人将点阵单元体按照圆环形排列方式堆砌，每两个点阵单元体之间采用焊接或机械方式进行固定(机械固定方式为两个点阵单元体之间通过销钉固定连接)，从而形成点阵泡沫复合结构层3；再将月壤粉末放入到模具中进行压实，从而得到月壤砖，并将多个月壤砖逐渐地铺设在点阵泡沫复合结构层3的外表面上，相邻的两个月壤砖之间通过混合粘结剂固定，从而形成月壤砖层4；与点阵泡沫复合结构层3固定于圆环形壳体1的内表面上；再将连接通道2安装在圆环形壳体1的外表面上，连接通道2的数量可根据月球基地的设计要求进行确定；最后在圆环形壳体1的内部中央处架设环形地板5，从而使圆环形壳体1的内部分为上下两层，进而完成对环形基地单元模块的建设；
根据模块化环形月面基地设计要求，重复上述操作，从而可以制造出多个环形基地单元模块，利用多个环形基地单元模块成矩阵式分布，且相邻的两个环形基地单元上的连接通道2相通，进而完成对模块化环形月面基地的建设。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明克服了现有技术的缺点，采用环形基地单元模块中的圆环形壳体的内表面均匀地铺设有月壤砖层，月壤砖层上均匀地铺设有点阵泡沫复合结构层；其中月壤砖层采用多个月壤砖搭建而成，并且月壤砖是利用月球表面的土壤制成的，此种月壤砖层具有防辐射的功能；在圆环形壳体的内表面均匀地铺设月壤砖层，使环形基地单元模块也具有防辐射的功能；
本发明中的模块化环形月面基地采用多个环形基地单元模块成矩阵式分布，且相邻的两个环形基地单元上的连接通道相通；基于组装思想的月面基地打破了现有固定式空间结构的尺寸限制，可形成数十米的超大尺寸月面基地；月面基地建设将地面预制和原位制造充分结合，发挥了各自的优势，其主体结构力学性能优异，可满足于人类长期驻月的需求。
附图说明
图1是本发明所述的一种使用环形基地单元模块建造的模块化环形月面基地的三维立体结构示意图；
图2是本发明所述的一种环形基地单元模块的三维立体结构示意图；
图3是本发明所述的一种环形基地单元模块截面的三维立体结构示意图；
图4是本发明所述的一种环形基地单元模块的俯剖视图；
图5是本发明所述的一种环形基地单元模块中点阵泡沫复合结构层的三维立体示意图；
图6是本发明所述的一种环形基地单元模块中点阵泡沫复合结构层的主视图；
图7是本发明所述的一种环形基地单元模块中点阵单元体的三维立体结构示意图；
图8是本发明所述的一种环形基地单元模块中点阵泡沫单胞的三维立体结构示意图；
图9是本发明所述的一种环形基地单元模块中月壤砖层的三维立体结构示意图；
图10是本发明所述的一种环形基地单元模块中月壤砖层的主视图；
图11是本发明所述的一种使用环形基地单元模块建造的模块化环形月面基地建造流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述的一种环形基地单元模块，其组成包括圆环形壳体1、连接通道2和环形地板5；圆环形壳体1的外表面沿圆周方向均匀的设有n个连接通道2，n为正整数，且连接通道2与圆环形壳体1的内部连通设置，圆环形壳体1的内部中央处设有环形地板5；
本具体实施方式，采用圆环形壳体1的内部中央处设有环形地板5，实现将环形基地单元模块的内部分为上下两层；
其中圆环形壳体1采用双重圆环结构形式，相比于其他结构形式，同等空间容积下使用更少的原料，材料利用率高，且自身的闭环设计使得其可作为保护内部重要设备的防护墙。
具体实施方式二：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的单元模块的进一步地限定，本实施方式所述的一种环形基地单元模块，所述的连接通道2的数量n，2≤n≤4；
本具体实施方式，连接通道2可以根据环形基地单元模块的设计要求，确定连接通道2的数量。
具体实施方式三：结合图3至图10说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的单元模块的进一步地限定，本实施方式所述的一种环形基地单元模块，所述的圆环形壳体1的内表面均匀地铺设有月壤砖层4，月壤砖层4上均匀地铺设有点阵泡沫复合结构层3；
本具体实施方式，采用环形基地单元模块中的圆环形壳体1的内表面均匀地铺设有月壤砖层4，月壤砖层4上均匀地铺设有点阵泡沫复合结构层3；其中月壤砖层4采用多个月壤砖搭建而成，并且月壤砖是利用月球表面的土壤制成的，此种月壤砖层具有防辐射的功能；在圆环形壳体1的内表面均匀地铺设月壤砖层4，使环形基地单元模块也具有防辐射的功能；
并且在点阵泡沫复合结构层3外表面上均匀地铺设有月壤砖层4，点阵泡沫复合结构层3还具有保温作用，以应对月面昼夜温差，从而保证人类居住的温度环境。
具体实施方式四：结合图3至图10说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的单元模块的进一步地限定，本实施方式所述的一种环形基地单元模块，所述的点阵泡沫复合结构层3包括多个点阵单元体，多个点阵单元体成圆环式分布；
本具体实施方式，利用吊装机器人将点阵单元体按照圆环形排列方式堆砌，每两个点阵单元体之间采用焊接或机械方式进行固定(机械固定方式为两个点阵单元体之间通过销钉固定连接)，从而形成点阵泡沫复合结构层3；此种点阵泡沫复合结构层3在搭建流程比较简便，大大缩短了工期，提高了建设效率。
具体实施方式五：结合图5至图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的单元模块的进一步地限定，本实施方式所述的一种环形基地单元模块，所述的每两个点阵单元体之间通过销钉连接。
具体实施方式六：结合图5至图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的单元模块的进一步地限定，本实施方式所述的一种环形基地单元模块，所述的每两个点阵单元体之间焊接固定。
具体实施方式七：结合图7和图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式六所述的单元模块的进一步地限定，本实施方式所述的一种环形基地单元模块，所述的点阵单元体由两个点阵泡沫单胞3-1并列连接组成。
具体实施方式八：结合图5至图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式七所述的单元模块的进一步地限定，本实施方式所述的一种环形基地单元模块，所述的点阵泡沫单胞3-1的内部填充保温泡沫；
本具体实施方式，采用点阵泡沫单胞3-1的内部填充保温泡沫，提高点阵泡沫复合结构层3的保温性。
具体实施方式九：结合图5至图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式七所述的单元模块的进一步地限定，本实施方式所述的一种环形基地单元模块，所述的点阵泡沫单胞3-1为立方体，且点阵泡沫单胞3-1的外表面上设有金属板。
具体实施方式十：结合图1和图11说明本实施方式，本实施方式所述的一种使用环形基地单元模块建造的模块化环形月面基地，其组成包括多个环形基地单元模块，多个环形基地单元模块成矩阵式分布，且相邻的两个环形基地单元上的连接通道2相通；
本具体实施方式，在建造的过程中，先利用吊装机器人将点阵单元体按照圆环形排列方式堆砌，每两个点阵单元体之间采用焊接或机械方式进行固定(机械固定方式为两个点阵单元体之间通过销钉固定连接)，从而形成点阵泡沫复合结构层3；再将月壤粉末放入到模具中进行压实，从而得到月壤砖，并将多个月壤砖逐渐地铺设在点阵泡沫复合结构层3的外表面上，相邻的两个月壤砖之间通过混合粘结剂固定，从而形成月壤砖层4；再将连接通道2安装在圆环形壳体1的外表面上，连接通道2的数量可根据月球基地的设计要求进行确定；最后在圆环形壳体1的内部中央处架设环形地板5，从而使圆环形壳体1的内部分为上下两层，进而完成对环形基地单元模块的建设；
根据模块化环形月面基地设计要求，重复上述操作，从而可以制造出多个环形基地单元模块，利用多个环形基地单元模块成矩阵式分布，且相邻的两个环形基地单元上的连接通道2相通，进而完成对模块化环形月面基地的建设；
本发明中的环形基地单元模块的整体形状为圆环形，可保证在同等占地面积时有着最小的周长，减少了月面基地与外界的接触面积，有利于维持基地内部的温度条件。此外，基地整体和截面皆采用圆形设计方案还可以提高建筑材料利用率。一方面，建设同等空间容积，圆形结构较方形结构需求更少的建筑材料；另一方面，整体结构自身的闭环设计使得基地本身可以作为防护墙，将内部较大面积的空地与外部隔离开，这使得不需要额外建设防护墙来保护一些重要设备。在环形基地中间的空地可以放置重要设备，以便于后续科研工作开展。
工作原理
在建造的过程中，先利用吊装机器人将点阵单元体按照圆环形排列方式堆砌，每两个点阵单元体之间采用焊接或机械方式进行固定(机械固定方式为两个点阵单元体之间通过销钉固定连接)，从而形成点阵泡沫复合结构层3；再将月壤粉末放入到模具中进行压实，从而得到月壤砖，并将多个月壤砖逐渐地铺设在点阵泡沫复合结构层3的外表面上，相邻的两个月壤砖之间通过混合粘结剂固定，从而形成月壤砖层4；再将连接通道2安装在圆环形壳体1的外表面上，连接通道2的数量可根据月球基地的设计要求进行确定；最后在圆环形壳体1的内部中央处架设环形地板5，从而使圆环形壳体1的内部分为上下两层，进而完成对环形基地单元模块的建设；
根据模块化环形月面基地设计要求，重复上述操作，从而可以制造出多个环形基地单元模块，利用多个环形基地单元模块成矩阵式分布，且相邻的两个环形基地单元上的连接通道2相通，进而完成对模块化环形月面基地的建设。

Claims (8)

1.环形基地单元模块，其特征在于：它包括圆环形壳体(1)、连接通道(2)和环形地板(5)；圆环形壳体(1)的外表面沿圆周方向均匀的设有n个连接通道(2)，n为正整数，且连接通道(2)与圆环形壳体(1)的内部连通设置，圆环形壳体(1)的内部中央处设有环形地板(5)；所述的圆环形壳体(1)的内表面均匀地铺设有月壤砖层(4)，月壤砖层(4)上均匀地铺设有点阵泡沫复合结构层(3)；所述的点阵泡沫复合结构层(3)包括多个点阵单元体，多个点阵单元体成圆环式分布。
2.根据权利要求1所述的一种环形基地单元模块，其特征在于：所述的连接通道(2)的数量n，2≤n≤4。
3.根据权利要求1所述的一种环形基地单元模块，其特征在于：每两个点阵单元体之间通过销钉连接。
4.根据权利要求1所述的一种环形基地单元模块，其特征在于：每两个点阵单元体之间焊接固定。
5.根据权利要求4所述的一种环形基地单元模块，其特征在于：所述的点阵单元体由两个点阵泡沫单胞(3-1)并列连接组成。
6.根据权利要求5所述的一种环形基地单元模块，其特征在于：所述的点阵泡沫单胞(3-1)的内部填充保温泡沫。
7.根据权利要求6所述的一种环形基地单元模块，其特征在于：所述的点阵泡沫单胞(3-1)为立方体，且点阵泡沫单胞(3-1)的外表面上设有金属板。
8.一种使用权利要求1至权利要求7中任意一项所述的环形基地单元模块建造的模块化环形月面基地，其特征在于：它包括多个环形基地单元模块，多个环形基地单元模块成矩阵式分布，且相邻的两个环形基地单元上的连接通道(2)相通。
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