Технологии строительства для колонизации космоса и их предшественники на земле

Описание основных принципов и технологий строительства «Подповерхностных» (Подземных) инопланетных баз, которые будут основными в период массовой, промышленной, колонизации космоса людьми. Давая людям безопасное жизненное пространство, защищенное от космических угроз, радиации экстремальных температур и метеорной пыли. Описание строительных роботов будущего и земных предшественников космических строительных технологий в современном мире.

 

Преимущества подповерхностных баз на других планетах и астероидах.

Сейчас при слове инопланетная база, или космическое поселение, в воображении большинства людей возникает стандартная картинка, привычная по фотографиям из прогнозов космических агентств.

На поверхности Луны или Марса, стоят несколько модулей, похожих на МКС, только на ножках. Или стоит комплекс построек, из множества модулей, технологических помещений, и промышленных предприятий. Но такие проекты баз на поверхности других планет появились в умах инженеров, которые планировали строить единичные научные базы на других планетах, если получат достаточное для этого финансирование. Практическое освоение космоса с постоянным проживанием людей они не планировали.

В реальности, основная часть построек на других планетах, особенно предназначенных для людей, будет не на поверхности, а углубленными в грунт. Это будут «Подповерхностные базы», больше похожие на пещерные поселения или города.

Почему на других планетах нужно закапываться в грунт? На поверхности экстремальные условия, в которых нельзя долго жить, буквально убийственные для людей. Экстремальные температуры, на планетах без атмосферы или астероидах, метероная пыль и метеориты, и в довершение радиация. Если от перепадов температуры и метеорной пыли еще можно защититься, то единственный способ защиты от радиации это зарываться в грунт, на глубину как минимум нескольких метров, а лучше нескольких десятков метров.

На что будут похожи условия на поверхности Луны? Это каменистая пустыня, с суточными колебаниями температуры, от плюс 120 днем, до минус 170 ночью. Из за отсутствия атмосферы на поверхность будет попадать ничем не ослабленная космическая радиация, и постоянно падать мелкая метеорная пыль, пылинки, песчинки, мелкие камни, летящие со скоростью от 2,5 до 80 километров в секунду. Для сравнения скорость пули от автомата Калашникова 1 километр в секунду, скорость самых быстрых зенитных и бронебойных снарядов 1,5 километров в секунду. Представьте себе, что вы живете в пустыне, в которой днем жара 40 градусов, а ночью мороз, минус 50 градусов, на луне перепады температуры будут еще на сто градусов больше. С неба постоянно летят пули и дробь, и радиация в которой через несколько месяцев получишь опасную дозу. При этом, снаружи вакуум, любая дырка в жилом модуле или скафандре приводит к разгерметизации и смерти.

Примерно такие же условия на близких к земле астероидах.

Что на Марсе? Воздух есть, но он состоит из ядовитых газов, и его давление 0,7% от атмосферы земли, это практически вакуум. Радиация, немного ослабленная атмосферой, но все равно жесткая.  Температура, летом колеблется от плюс 20 до минус 70, зимой от минус 40 до минус 100. Единственное преимуществ перед луной, это отсутствие метеорной пыли.

Вы бы хотели жить в таких условиях?

Но в то же время, на луне, в толще грунта, нет радиации, нет метеоров, и постоянная температура около плюс 35 градусов, выше комнатной, но в пределах нормы, и к тому же температура все равно будет регулироваться системами жизнеобеспечения. Вполне комфортные условия для жизни.

На Марсе, в толще грунта, температура будет ниже, от мерзлого грунта нужно будет защищаться теплоизоляторами. Нагрузка на системы жизнеобеспечения будет больше, но в целом условия тоже вполне подходящие для жизни.

Почему проектировщики инопланетных баз не подумали об опасностях жизни на поверхности? Они просто переносили на поверхность планет привычные им орбитальные станции. Размышляя. На Луне или Марсе будет примерно то же самое, что мы делаем сейчас, только там модули будут стоять на поверхности, а не летать в невесомости. К тому же аналитики космических агентств планировали только научные базы, в  которых люди не должны долго жить, прилетели на несколько месяцев, отработали программу, улетели обратно, так же как на МКС. Космическая радиация за несколько месяцев даст дозу близкую к опасной, но не смертельную, с оговоркой, если не будет сильных вспышек на солнце, они могут поджарить людей за несколько дней. Сейчас начинают задумываться о защите, планируют засыпать модули слоем грунта, или накрывать куполами из бетона.

Но если подумать более дальновидно, зачем на планетах вообще жить в модулях? Модули дорогие, их доставка на другие планеты стоит больших денег, пространство в них ограничено, только необходимый минимум для жизни и научной работы.

В то же время, если модули оставить только на поверхности в качестве переходных, шлюзовых отсеков. А основные помещения для жизни и работы делать в виде тоннелей и гротов в глубине грунта. Жилые модули доставлять с земли не надо, тоннелей и гротов можно накопать сколько угодно, пространство практически неограниченно. В пещерных городках можно и жить более комфортно, и размещать фермы для выращивания съедобных растений и животных, и делать внеземные производственные центры. Из расходных материалов в тоннелях понадобятся строительные материалы, которые можно производить из грунта, и материалы для герметизации, например листовой металл, алюминий или железо, которые тоже можно производить из грунта.

Если строить тоннели на глубине десятков метров или глубже, там грунт может обеспечить герметичность без воздухонепрницаемых стенок. На Луне, в глубине, сплошная, монолитная, порода, состоящая из вулканического стекла. На Марсе, пока не ясно, но с высокой вероятностью грунт влажный и представляет собой монолит из песка, пыли и льда.

Для компенсации низкой гравитации на Луне и Марсе, можно строить кольцевые тоннели с движущимися по ним жилыми модулями. Во вращающихся жилых отсеках, будет создаваться центробежная сила, заменяющая земную гравитацию, аналогично вращающимся колесам в проектах крупных орбитальных станций. Люди будут заходить во вращающиеся отсеки для отдыха и сна, и этого будет достаточно, чтобы сводить к минимуму вред от сниженной гравитации в остальных помещениях.

Тоннели будут освещаться или искусственным светом, или солнечным светом, поступающим по системе волноводов, труб с зеркальными стенками, от концентрирующих зеркал на поверхности. Солнечный свет позволит людям чувствовать себя комфортнее и выращивать растения с минимальными затратами энергии.

В более отдаленной перспективе, на крупных базах или в городах, будут строить купола из стекла многометровой толщины, непроницаемые для радиации. В которых люди смогу проводить время под прямым солнечным светом, видя небо, днем солнце, и звезды ночью. Но такие купола будут дорогими и редкими.

 

Индустриализация космоса.

Почему концепция пещерных поселений в толще грунта не публикуется в СМИ, несмотря на множество явных преимуществ? Сейчас даже аналитики почти не задумываются о полномасштабной колонизации космоса. И не планируют как в нем жить и работать. Для первых, опытных миссий, нескольких модулей на поверхности или немного углубленных в грунт достаточно, вот и публикуют такие картинки, создавая соответствующий образ будущего в умах людей.

Но этот образ будущего не верный. Базы в виде модулей на поверхности, в реальности если и будут, то только на первом, опытном, этапе колонизации планет и астероидов. А по нормальной логике нужно сразу планировать строительство для первых обитаемых баз подповерхностных, тоннельных городков. Только на первом этапе, их должны строить роботы, чтобы люди сразу прилетали в готовые для жизни тоннели, и не жарились от радиации на поверхности.

Я внесистемщик, сторонник развития космической экспансии, и я считаю, что нужно вести популяризацию колонизации космоса, с описанием реальных деталей, чтобы у людей было о ней реальное представление, были ожидания и стремления способные привести к реальным результатам. Научно демонстрационная стратегия освоения космоса не приведет к его колонизации. Колонизация солнечной системы, это массовое развитие внеземной индустрии. Мотивированное практическими целями, стремлением к экономическому росту, расширением ресурсной базы и среды обитания человечества.

Считаете, что полномасштабная космическая экспансия, это дело отдаленного будущего, и о ней сейчас рано задумываться? Зависит от того по какому сценарию она будет развиваться.

Сценарий, принятый государствами, это постепенное расширение космических исследований, которое когда ни будь в неопределенном, но точно не близком будущем, приведет к масштабному, промышленному освоению космоса. Но у государств и нет такой цели начать колонизацию космоса, у них цель через двадцать лет построить научные базы на Луне, если получится то и на Марсе. Воткнуть там флажок и поднять свой рейтинг за счет этого. Дальше их планы по освоению космоса не идут, а какое видение будущего, такой и образ будущего с их подачи, базы из нескольких модулей на Луне и Марсе.

Я к государственным агентствам отношения не имею, я отношусь к частникам, внесистемщикам. Мои интересы и видение будущего, это развитие трендов ведущих к колонизации космоса, развитие корпораций способных его осуществлять, освоение ресурсов солнечной системы, которые практически неограниченны по сравнению с земными. Рост экономики и всестороннее развитие на земле за счет космических ресурсов.

 

Микрофабрики репликаторы в космической индустрии.

Для ускорения освоения космоса, чтобы не задерживаться на стадии экспериментов, на мой взгляд, нужно использовать новые технологии в производстве. Легкие, мобильные, состоящие из нескольких 3Д принтеров и сборочных манипуляторов, способны производить сложные изделия, такие как роботы или промышленное оборудование, и производить свои копии — «Реплики», размножаться. Такие миниатюрные производственные комплексы — «Репликаторы», будут достаточно легкими и дешевыми чтобы перевозить их в космос без гигантских затрат. Но в космосе они будут быстро увеличивать свою численность, создавая роботизированные группировки, подобно колониям насекомых.

Из одного муравья или термита за год вырастает колония численностью в тысячи особей. Аналогично из одной микрофабрики, запущенной на другую планету или астероид, за несколько лет вырастет промышленная база, в которой будут тысячи микрофабрик и роботов, будет работать производственный центр. Такие колонии будут быстро разрастаться, их численность будет увеличиваться в геометрической прогрессии. Индустриализация солнечной системы с их помощью будет идти высокими темпами и с высокой экономической эффективностью.

Микрофабрики репликаторы это ключевая технология необходимая для достаточно быстрой колонизации солнечной системы и превращения человечества в космическую цивилизацию. И на этой технологии нужно сосредоточить основное внимание. Когда появятся репликаторы, они построят и космическую промышленность и новую космическую транспортную инфраструктуру, которая будет в десятки раз дешевле и миллионы раз производительнее современной, ракетной. Дальше рост и качественное развитие без ограничивающих потолков, обусловленных дефицитом ресурсов и экологическими проблемами на земле.

Будущее космической экспансии решают не космические агентства и традиционные ракетные корпорации, а стартапы, занимающиеся отработкой технологий космической промышленности или организацией преобразования человечества в космическую цивилизацию.

По моему мнению, развитие технологий колонизации космоса, в ближайшем будущем будет идти на земле в «Субкосмических», сферах. В виде земных предшественников космической промышленности, основанных на тех же принципах и технологиях, которые позже будут использоваться для индустриализации солнечной системы. И со временем, когда на земле разрастутся субкосмические отрасли промышленности и бизнеса, они создадут экономический и технологический базис для колонизации космоса. Эти силы будут заинтересованы в освоении космических ресурсов, будут располагать нужными для этого финансовыми ресурсами и технологиями, и станут основными инициаторами и инвесторами развития внеземной индустрии.

Субкосмические корпорации и бизнес сообщества будут работать в разных областях. Флагманская отрасль репликаторы, цифровое производство и роботы. Но будут работать и другие, более массовые отрасли, жизненно необходимые для людей, пищевая, строительная.

Строительная отрасль это одна из основ промышленности и экономики, все что делается, делается или внутри построек или с использованием транспортной инфраструктуры, которая была построена, и люди живут в домах. Строительная отрасль жизненно важна для промышленности и для жизни, она тесно взаимосвязана с другими отраслями промышленности и экономики, в ней крутятся большие деньги. Строительство один из крупнейших секторов мировой экономики, его доля в мировом ВВП около 14%.

 

Как будут строиться обитаемые базы по сценарию колонизации космоса репликаторами и роботами?

Крупная строительная корпорация, или крупное сообщество предпринимателей организуют проект инопланетной индустриальной базы. Покупают микрофабрику репликатор и робота, покупают ракету и космический корабль для доставки их на луну или астероид. Первые машины прибывшие на место развертывания базы начинают работать. Робот готовит площадку для репликатора, устанавливает солнечные генераторы, добывает ресурсы, репликатор штампует свои копии и новых роботов. За какой-то период, от нескольких месяцев, до нескольких лет, в зависимости от уровня технологий, группировка роботов и репликаторов достигает численности в сотни или тысячи машин.

Роботы строят инфраструктуру, дороги и рабочие помещения, технологические линии и цеха для ремонта и облуживания машин. Появляется сложное, высокотехнологичное ядро промышленной инфраструктуры базы. Цеха для производства высоко технологичных деталей, чтобы по возможности сократить их поставки с земли, фабрики производящие космические корабли, для дальнейшего распространения роботизированных баз. База становится сложнее, на ней появляются высоко технологичные производства, соответственно становится сложнее и управление базой.

Искусственный интеллект, компьютерные центры управления, могут справляться с управлением роем роботов, на первых этапах развертывания базы. Но возможности компьютерного интеллекта ограничены, по сути это не интеллект, а сложная, мощная, счетная машинка. Он хорошо справляется с однотипными операциями. Но в сложных ситуациях, требующих неординарных и многовариантных подходов, оказывается если не беспомощным, то малоэффективным.

Дистанционное управление с земли, тоже имеет свои ограничения. Из-за задержек связи и невозможности людям прямо производить действия. Дистанционно, можно корректировать машинное управление базой, но обслуживать высоко технологичные производственные цеха чрез манипуляторы с задержками связи будет сложно. Когда на базе появятся сложные, высоко технологичные виды деятельности, в больших объемах, для управления и обслуживания будут нужны люди. Диспетчеры, инженеры, проектировщики. Государства и университеты так же будут посылать на базы ученых, для своих исследований.

Когда человеческие экипажи прилетят на индустриальные базы, на базах уже будут помещения пригодные для жизни и работы, их построят роботы. Экипажи будут прилетать в готовые подповерхностные базы.

Люди на индустриальных инопланетных базах будут заниматься в основном управлением, проектированием, обслуживанием и ремонтом сложных производств, ремонтом сложных машин. Выполнять функции топ менеджеров и инженеров. Как побочные виды деятельности будут идти научные исследования, и возможно на инопланетные базы будут летать туристы.

Использовать людей в космосе для простых, механических работ, не выгодно. Доставка и жизнеобеспечение людей на инопланетных базах стоят минимум десятки миллионов долларов, при условии что появятся более дешевые многоразовые ракеты. На современных ракетах, доставка одного человека на Луну, Марс, или астероид буде стоить сотни миллионов долларов. Создание обитаемой базы будет стоить десятки миллиардов долларов. При такой цене использовать механический человеческий труд на производстве или в строительстве, все равно что делать рельсы из золота.

Космическая индустрия будет в основном строиться и обслуживаться роботами, людей в космосе будет мало. Люди будут управлять тысячными группировками роботов. В космической индустрии люди будут обслуживать большие промышленные мощности, выполнять самые топовые виды работ, и соответственно зарабатывать большие деньги.

Обслуживающий персонал космической индустрии будет зарабатывать десятки миллионов долларов за вахту. Одного полета в космос, на несколько лет, будет достаточно чтобы обеспечить себя на всю жизнь.

 

О материалах для космического строительства.

В космосе для строительства в основном будут использоваться материалы, которые можно найти или производить непосредственно на месте строительства базы. Подножные материалы.

Это блоки из камня. На космических телах богатых водой, Марсе или астероидах, можно будет производить бетон.

Будет широко использоваться перспективный материал «Волокнистая керамика». Это минеральное волокно полученное из базальта или песка, смешанное с песком и спеченное при высокой температуре. Такое вещество представляет собой композит, из минерального волокна и минерального связующего. Композиты материалы прочные и гибкие. Волокнистая керамика по своим свойствам будет похоже на металлы, но в производстве будет проще и дешевле металлов. Сырье для ее изготовления, песок и базальт, повсеместно доступны. Энергии для ее производства нужно меньше чем для восстановления металлов из оксидов. Для производства волокнистой керамики не нужны энергоемкие химические реакции. Достаточно нагреть сырьевой материал солнечным светом, сконцентрированным зеркалами, распылить полученное стекло на центробежном барабане, превратив его в волокно. Смешать это волокно с песком и спрессовать до нужной плотности, пока оно еще не остыло, не утратило пластичности.

Балки и листы из волокнистой керамики будут использоваться в космических постройках вместо стальных строительных деталей. Волокнистая керамика, так же будет широко использоваться в космической промышленности, заменяя металлы.

Вместе с волокнистой керамикой будет использоваться минеральная ткань, из стеклянного или базальтового волокна. Для легких построек, палаток, шатров и тентов.

Металлы в космическом строительстве будут использоваться мало. Только при необходимости, в основном для крепежных изделий или специальных построек. Месторождения металлов редкие и локальные. На восстановление металлов из окислов тратится много энергии. На земле, железо восстанавливают реакцией с углем, поэтому оно дешевое, но в космосе нет угля и атмосферы с кислородом. Алюминий восстанавливают электрическим током, поэтому он дорогой. В космосе и железо и алюминий нужно будет восстанавливать электричеством, с большими затратами энергии. Но в то же время можно будет производить волокнистую керамику используя песок и солнечный свет, которые всегда в достатке.

 

О типах космических построек.

В космосе будет два основных типа построек, надповерхностные и подповерхностные.

Первый тип. Надповерхностные постройки. Это в основном легкие ангары для технических целей, энергетическая инфраструктура, солнечные генераторы, и поверхностная транспортная инфраструктура, дороги.

Надповерхностные постройки, в основном будут легкие, не герметичные, представляющие собой шатры или каркасы обшитые легкими панелями. Аналогичные современным промышленным постройкам на земле.

Легкие постройки в основном будут состоять из трехслойных панелей или ткани. Два слоя листов волокнистой керамики и между ними слой минеральной ваты, на легком каркасе. Или тентовые конструкции обтянутые минеральной тканью в два слоя, с прослойкой минеральной ваты между ними. Такие, трехслойные стенки легких построек будут обладать хорошей теплоизоляцией, сглаживая перепады температуры. И смогут защищать от метеорной пыли. Пылинки пробивая первый слой, будут дробиться в микроскопическую пыль, которая будет застревать в минеральной вате.

Легкие постройки на поверхности в основном будут использоваться как технические помещения, для размещения машин, производственного оборудования. Или как склады для хранения разных материалов.

Второй тип. Подповерхностные постройки, будут представлять собой комплексы из тоннелей и гротов, проложенных в грунте. Укрепленных каменной кладкой или бетонными стенками, если грунт рыхлый. И облицованных изнутри листовым металлом для герметизации.

Подповерхностные постройки будут более комфортными и безопасными. В них будет земная атмосфера и температура, полная защита от радиации и метеоров. Но они будут сложнее в строительстве, дороже, и в них будет меньше пространства.

В подповерхностных постройках будут размещаться жилые помещения для людей, фермы для выращивания съедобных растений и животных, цеха для высоко технологичного производства или сложного ремонта, исследовательские лаборатории.

Подповерхностные постройки будут строиться в основном из каменной кладки, или из бетона.

На луне, где дефицит воды, но в изобилии есть прочная, стекловидная коренная порода, будет использоваться в основном каменная кладка. Строительные роботы, будут вырезать тоннели в толще монолитного, каменного грунта. Сразу разрезая грунт на стандартизированные блоки. Какая то часть блоков будет использоваться для укрепления тоннелей и гротов на небольшой глубине, где грунт сыпучий. Остальная, избыточная часть, буде выбрасываться на поверхность, где будет использоваться для строительства стен, фундаментов и дорог.

Строительство из камня, это архаичная технология. Но у нее есть свои преимущества, особенно с использованием высоких технологий и строительных роботов. Каменные блоки с формой разъемных соединений, могут достаточно хорошо скрепляться друг с другом без раствора. Строительные роботы, позволят строить из камня быстро и качественно. Каменные постройки не самые прочные. Но их прочности достаточно чтобы выдерживать слой грунта до десятков метров, особенно при лунной гравитации. Достоинство каменных построек в том, что они надежные и долговечные.

Известные примеры построек из камня это остатки древних сооружений и дорог. Остатки древних каменных храмов простояли тысячелетия, древние каменные дороги функционируют до сих пор.

На луне, может использоваться каменная кладка в форме арок, с в тоннелях, и в форме куполов в гротах. Полусферическая форма арок и куполов, равномерно распределяет нагрузку на потолок и передает ее на стены. Благодаря этому арочные конструкции очень прочные и надежные, даже если камни не скрепляются бетонным раствором. В более просторных помещениях, в сыпучем грунте, могут использоваться арочные потолки с колоннами. Подобные конструкции сейчас широко применяются на станциях метро. Есть примеры древних сооружений построенных из арок, это всем известный Колизей, и подземное хранилище для воды построенное в византийском Константинополе «Цистерна Базилика».

На Марсе, где грунт рыхлый и влажный, или на астероидах из рыхлого грунта, в котором высокое содержание воды, для строительства может использоваться бетонный раствор. В космический бетон с высокой вероятностью будет добавляться минеральное волокно для дополнительной прочности. И вместо стальной арматуры использоваться стержни из волокнистой керамики. В остальном, он будет мало отличатся от бетона распространенного на земле.

Марсианские подповерхностные постройки, так же будут представлять собой комплекс из тоннелей, гротов с полусферическими потолками и залов с арочными потолками поддерживаемых колоннами. С той разницей, что в строительстве будет использоваться преимущественно бетон.

На астероидах, с сыпучим грунтом, будут использоваться бетонные строительные конструкции. На каменистых или железных астероидах, в поддерживающих конструкциях вообще нет смысла. Конструкции могут понадобиться только для технических целей. Но из-за мизерной гравитации астероидов, для этой цели будет достаточно легких каркасов из волокнистой керамики.

 

О космических строительных роботах.

Для космических строек будут нужны легкие, многоцелевые машины, достаточно компактные, чтобы свободно размещаться и работать в тоннелях.

По моему мнению, в космосе будут использоваться строительные роботы манипуляторы. И универсальные полуантропоморфные роботы, которые будут использоваться для разных целей, но на строительстве тоже по необходимости.

Роботы манипуляторы, будут представлять собой один или несколько манипуляторов, закрепленных на подвижной платформе. Платформа может двигаться или по эстакаде, или передвигаться более свободно на гусеничном или колесном шасси.

Манипуляторы удобны тем, что позволяют выполнять разные типы строительных работ. Они могут и печатать бетоном, как строительные принтеры, и строить из камня, и надстраивать легкие конструкции или арматуру для армированного бетона, и прокладывать тоннели в грунте. Зависит от того какой насадкой оснастить манипулятор. В то же время, манипуляторы устройства легкие, компактные и гибкие.

Я думаю, космические строительные роботы манипуляторы будут конструироваться по модульному принципу. Представлять собой набор стандартизированных деталей, из которых можно собрать машину нужную для конкретного случая. Основной набор деталей, это манипуляторы нескольких модификаций, платформы, и разные шасси для передвижения платформ.

Роботы, закрепленные на направляющих конструкциях, ограничены в передвижении, но они могут сами надстраивать конструкции по которым двигаются, и могут использоваться для строительства высоких каркасов. Такие роботы будут двигаться по каркасам которые сами строят, и высота для них не имеет значения. А после постройки каркаса, они будут облицовывать его панелями или заливать бетоном.

Роботы на колесном или гусеничном шасси, удобны для прокладки тоннелей и строительства не высоких построек на поверхности.

На платформу робота можно будет ставить разные манипуляторы в разных количествах. Например, если нужно строить габаритное здание из тяжелых деталей, балок и блоков, можно поставить на платформу один длинный и мощный манипулятор. Если нужно строить каркас и обшивать его панелями, можно поставить несколько легких манипуляторов. Если нужно прокладывать тоннель, и надстраивать в нем поддерживающие стены, можно поставить на платформу несколько манипуляторов разных типов. Чтобы одни манипуляторы копали грунт или резали каменную породу, другие тут же строили стены тоннеля.

Многоцелевые роботы, будут внешне похожи на людей. Это будут в основном полу антропоморфные роботы, с человекообразным механическим торсом, закрепленном на подвижной платформе «Роботы кентавры». Гусеничной, колесной или двигающейся по направляющим конструкциям. Кентавры это механические рабочие для разнообразных работ. Их человекообразная форма и размер, делают их самыми многоцелевыми рабочими механизмами и при необходимости дают возможность управлять ими дистанционно. Такие роботы будут точно повторять движения рук оператора на пульте. И дадут возможность людям работать через «Телеприсутствие», на поверхности планет, не выходя во враждебные условия космоса.

В строительстве от кентавров будет мало пользы, манипуляторы короткие, мощность маленькая. Они будут использоваться как вспомогательные машины, механические подсобные рабочие. Или использоваться в особых случаях, когда специализированные строительные роботы не смогут выполнить какую-то задачу.

 

Возможности использования перспективных космических концепций в современной строительной индустрии.

В строительной индустрии земли, строительство подземных сооружений давно используется. Это метрополитен, тоннели в горах, подземные парковки. Принципы и технологии строительства те же что будут применяться в космосе. Не используется строительство из камня, но на земле в нем нет необходимости, вода для изготовления бетонного раствора не в дефиците, а бетонные конструкции лучше каменных во всех отношениях. Из блоков с разъемными соединениями есть лего кирпичи или лего блоки. Они позволяют строить быстрее, получать более ровную и крепкую кладку.

Земные надповерхностные постройки для технических целей, это примерно то же самое, что будет в космосе. На земле это каркасы из стальных балок, обшитые металлическим листом или легкими панелями. В космосе будут похожие постройки, только в основном из волокнистой керамики.

Но перспективные строительные машины для космоса, это новая тенденция в строительных технологиях и она может принести большую пользу, способствуя модернизации строительной отрасли.

Такие машины могут почти полностью заменить человеческий труд на строительстве. Позволят строить во много раз быстрее и дешевле.

Сейчас строительных роботов манипуляторов на рынке нет. Это новая тенденция.

Из перспективных строительных машин отвечающих параметрам роботов космической эры, используются в основном портальные строительные 3D принтеры. Но такие принтеры габаритные и тяжелые, они пригодны только для строительства небольших, одноэтажных зданий. Строительные 3D принтеры современного типа не могут строить легкие каркасы и монтировать арматуру для бетона. Бетонные постройки, без арматуры, которые печатают такие принтеры не прочные и не надежные. Портальные строительные принтеры могу строить только небольшие, одноэтажные дома.

Есть один опытный принтер циркулярной схемы, компактный и легкий.

Циркулярный строительный 3D принтер «Apis – Cor», сайт проекта: https://www.apis-cor.com/

Это строительный 3D принтер циркулярной схемы, представляющий собой вращающуюся раздвижную стрелу с печатающей головкой на конце. «Apis Cor», на мой взгляд недооцененная машина. Это принтер легкий он быстро монтируется на строительной площадке, имеет большой рабочий объем, может строить многоэтажные дома, насколько хватит прочности неармированного бетона. Но в серийное производство этот принтер не пошел.

Организатор стартапа Российский инженер и предприниматель Никита Чен-Юн-Тай. Участвовал в конкурсах NASA по строительству базы на Марсе.

Сейчас есть опытные роботы с манипуляторами, которые используются для разборки завалов. И есть несколько строительных машин с манипуляторами. Но полноценных строительных роботов манипуляторов, способных строить в автономном режиме еще нет, их только предстоит разработать.

На рынке есть несколько машин, которых можно считать предшественниками строительных роботов манипуляторов. Это такие машины как:

«Baubot» недавно созданный опытный строительный робот с манипулятором на гусеничной подвижной платформе.  Стартап австралийскй фирмы  «Prinstones» анонсированный в апреле 2021 года, сайт проекта: https://www.baubot.com/

Это небольшой робот, с электрической силовой установкой, работающей от аккумуляторов, с временем автономной работы около 8 часов. Радиус действия его манипулятора метр, точность в пределах миллиметра. Манипулятор имеет разные насадки, захват для перемещения грузов, отвертка для заворачивания шурупов, фрезерную насадку для сверления и резки камня, насадку для плазменной резки и сварки стальных листов. Гусеницы позволяют этому роботу подниматься по лестницам. На мой взгляд, робот baubot самый близкий аналог космических строительных роботов будущего. Но этот робот из-за малых размеров не может быть полноценной строительной машиной, скорее это вспомогательный робот, механический помощник для людей на стройке.

baubot еще находится на стадии опытного прототипа. Но сейчас возможна покупка этих машин по предварительным заказам, цена одной машины 150 тысяч евро.

Робот фирмы DFAB House, сайт фирмы: https://dfabhouse.ch/

Это робот для строительства небольших деревянных домов, на автоматизированной строительной площадке «Spatial Timber Assemblies» . По конструкции он представляет собой два манипулятора прикрепленные к платформе на потолке, способные двигаться на направляющих балках. Роботы такой конструкции могут использоваться для автоматизации строительства. Но они стационарные, предназначенные для автоматического строительства небольших модульных зданий. Такие машины удобны для земли, но мало вероятно что они получат широкое распространение в космосе.

Робот манипулятор на гусеничном шасси IN SITU FABRICATOR . Это не строительный, а сварочный робот, его задачи сварка стальных арматурных сеток сложной формы. В перспективе, научно технические наработки по этой машине, упростят создание универсальных строительных роботов, сочетающих возможности сварочных машин и 3D печати из бетона. Способных строить дома и конструкции из монолитного, армированного бетона.

Роботы Shimizu Corporation.

Фирма Shimizu выпустила линейку из трех строительных роботов 

Это робот сварщик, с одним манипулятором, на колесном шасси. Оснащенный лазерной системой высокоточной ориентации в пространстве, и способный работать на строительных площадках с высокой степенью автономности.

Робот погрузчик, для перемещения строительных материалов в рабочих цехах или на стройке, имеющий высокую степень автономности и способный самостоятельно ездить на лифтах.

И робот для монтажа потолков. Представляющий собой два манипулятора, перемещающихся на направляющих конструкциях, установленных на пол.

Робот для автоматического строительства из кирпича или небольших блоков «Hadrian – X», разработанный австралийской фирмой Fastbrick Robotics. Модернизированная версия более ранней машины «Hadrian 105», обладающая более высокой скоростью кладки, 200 кирпичей в час, вместо 75. Представляет собой стрелу манипулятор, установленную на грузовике, внешне похожую на мобильный подъемный кран. На стреле этой машины расположена транспортерная лента для подачи кирпичей, на конце стрелы устройство для автоматической кладки кирпичей с бетонным раствором.

Перечисленные строительные роботы это предшественники будущих космических строительных машин. Их наличие говорит о том что тренд перехода на роботизированное строительство уже запущен и начинает свое развитие. В будущем, совершенствование технологий в этом направлении приведет к появлению серийных, автономных строительных роботов, в том числе предназначенных для работы в космосе.

Сейчас принципы строительства подповерхностных сооружений могут использоваться в строительстве индивидуальных «Домов – бункеров», имеющих высокую устойчивость к разным природным катаклизмам. Этот принцип строительства могут использовать заказчики индивидуальных домов, или строительные фирмы.

Дома бункеры сделанные по принципам космических подповерхностных баз, это постройки в форме арок или куполов, углубленные в грунт, или возможно засыпанные сверху грунтом. Стены таких домов за счет равномерного распределения нагрузки во много раз прочнее прямоугольных. Нагрузка приложенная к ним, действует на сжатие, но не действует на излом, а бетон на сжатие очень прочный. Такие дома будут выдерживать любые землетрясения и ураганы, даже торнадо. Если дом закрыт сверху слоем теплоизолятора, например пористого бетона или базальтовой ваты, или накрыт слоем грунта толщиной около метра, он может выдерживать сильные лесные пожары. Дома бункеры уязвимы только для наводнений.

Но для защиты от наводнений, можно использовать другую строительную технологию космической эры, легкие купола, из металлических каркасов и пластиковой пленки, такие как «Купола Фуллера». Если при строительстве в регионах с угрозой затопления, дома строить на плите из бетона, с гидроизоляцией между бетоном и землей, пластиковая пленка, или каучуковый клей, и накрыть сверху куполом, дом оказывается в герметичном пузыре. Сильные дожди или разливы рек, с повышением уровня воды до полутора метров, такие дома залить не смогут.  Если уровень воды поднимается выше, дом можно строить из легких материалов, на платформе из пористого бетона низкой плотности. Такой дом во время сильного наводнения будет плавать, пока вода не спадет.

Подробнее о принципах и технологиях строительства домов, по стандартам космической цивилизации для земли можно прочитать в прошлом обзоре — «Строительные технологии и типы домов космической эры доступные сейчас»

 

В этой статье я дал общее описание принципов и технологий строительства, которые позже получат распространение в период массовой колонизации космоса.

Она даст вам более реальное представление о предстоящей космической экспансии, что она будет собой представлять и чего от нее стоит ожидать. И в какой-то степени будет продвигать развитие космической экспансии, формируя информационный шаблон строительства космической цивилизации, который позже будет воплощаться в действиях.

Николай Агапов.