月球基地居住舱的设计内幕

月球基地居住舱的设计内幕 (图1)
在月球上设计供航天员生活和室内工作的居住舱跟在地球上设计一套房子完全不同。月球上的设计受很多因素的影响，包括航天员的人数、基地的性质和任务、航天员的停留时间、月面的环境、基地的布局和选址等等。

居住舱的设计首先要考虑航天员的人数，航天员人数的多少决定了居住舱的大小，6个人住的和10个住的不一样，10和人的跟20个人的又不一样。在月球基地的初期，人数不会太多，因此居住舱比较小，随着基地的不断发展和扩大，航天员人数也越来越多，居住舱也会越来越大。停留时间也是一个重要影响因素，航天员停留几天或几周属于短暂停留，居住舱的设计就比较简单；如果停留几个月或者几年，那就是中期或者长期停留，这种情况下居住舱的设计就比较复杂。

月球基地居住舱的设计内幕 (图2)

也环境跟地球环境决然不同，居住舱首先要保证航天员的安全。月面上是真空环境，沙尘很多，而且有强烈的宇宙福射，在设计居住舱的时候要保证它的气密性，不能漏气。气密性如果不好，舱就会迅速减压，后果很严重。月面上的的沙尘很多，对人体和仪器设备都会产生不良影响，要采取有效的措施来防止沙土进入舱内。

最困难的是防福射。在地球上，因为有大气层和地磁场的防护作用，人们一般不会受到宇宙线的照射。但是月面，没有大气层和地磁场，因此航天员在月面上活动很容易受到宇宙线的照射。月球上的宇宙线主要是太阳宇宙线、银河宇宙线和太阳风。防宇宙线的办法主要是用各种各样的防福射屏蔽。溶洞是天然的防福射屏蔽，如果把居住舱建在溶洞内，对于防宇宙射线是一种比较有效的措施和办法。

基地的布局主要是指基地是建在月面上还是建在月面下。如果建在月面上，居住舱的顶部必须要用很厚的月球土壤和岩石覆盖，才能防宇宙线的照射；如果是建在月面下，包括建在溶洞中和月面下的隧道内，由于自然的防宇宙线作用，可以简化居住舱的设计。基地的选址也是一个影响因素，月球两极地区的居住舱与月球赤道附近的居住舱，在设计上也有很大不同。

 
居住舱的结构材料和建造方式直接影响居住舱的设计，因此在设计居住舱时首先要确定居住舱使用什么样的结构材料和采用什么样的建造方式。月球居住舱的结构材料和建造方式主要有以下几种：

预制舱：在地球上预先将居住舱完成制造，发射到月面；

充气式结构：通过充气膨胀形成的居住舱，这种居住舱可以整个都是充气的，也可以部分充气。

预制的框架结构：通常是一些预制的金属管和接头，将金属管和接头的连接起来，即形成居住舱的框架结构；

帐篷式结构：即居住舱的顶部呈帐篷式，这种结构的特点是建造方便；

开凿隧道建的居住舱，在月面上开凿一条隧道，在隧道内建居住舱，在月球下面找不到溶洞的情况下可以采取这种方法；

陨石坑内的居住舱：将居住舱建在月球的陨石坑内，这种方式特别适合于月球极区建的基地；

溶洞中的居住舱：月球溶洞是伙山活动的结果，在溶洞中建造居住舱可以有效防备宇宙福射的危害；

用混凝土建的居住舱：混凝土是利用月球岩石生产的，用混凝土建居住舱的最大好处就是坚固耐用；

玄武岩居住舱：将月球玄武岩经加工制成各种建筑材料，用这种建筑材料建成居住舱；

用玻璃纤维增强复合材料制成的居住舱：这种玻璃纤维增强复合材料是由月球工厂生产的；

金属居住舱：从月球矿石中提炼出铝、铁和钛等金属，然后制成建筑材料，再用这些材料建造居住舱。

月球基地居住舱的设计内幕 (图3)

从20世纪70年代开始，科学家就提出各种各样的居住舱设计方案。有几种方案已经被公开，认为是有参考的价值

6个居住舱组成的月球基础

这是在20世纪80年代中期提出的一种设计方案，基地由6个居住舱组成，居住舱呈大圆筒形，长10米，直径4.5米，两个居住舱前后相接，形成一组，共组成3个组，排成一排，借助舱下面的支架安放在月面上。舱的顶部用一层厚的月球土壤覆盖，以防宇宙线的照射。由于覆盖层比较厚重，不能直接压在居住舱的顶部，因此必需在居住舱的上方用金属支柱、支架、和横梁搭建一个巨大的顶蓬，用以支撑覆盖层的重量。由于该基地主要是从事科学研究，因此共有6名航天员，这3组居住舱中一组作航天员生活起居用，一组作月球实验室，还有一组作为后勤保障。这种居住舱是在地球上预先制造好的，用航天飞机运送到地球轨道上，再用大型货运飞船运送到月面上。

这个设计方案后来有人又作了改进，主要是将覆盖层和顶蓬改用混凝土制作，混凝土是在月球上用岩石生产出来的，另外将大圆筒式的金属居住舱改成充气式结构，居住舱的大小和形状取决于混凝土结构下面所留的空间。这种改进的目的主要是将月球基地建成一个供航天员永久性居住的场所，同时使居住舱的运输问题大为简化并使运输费用大幅降低。

月球基地居住舱的设计内幕 (图4)
2、充气式大圆球居住舱

1990年美国航宇局提出了一个大型月球基地的设计方案。基地的居住舱是一个直径16米的大圆球，可供12名航天员在里面生活和工作，舱内总容积为2145立方米，可供使用的面积为742平方米。整个居住舱是一个可充气的结构。

月球基地居住舱的设计内幕 (图5)

舱壁分两层：里层是一种多层不透气的气囊结构，气囊内可以充气；外层为涂有防热涂料的高强度材料。外层的外面用1米厚的月球土壤覆盖住，作为防福射屏蔽层。整个舱壁结构和防福射屏蔽层由六根中心金属柱子和六根周边金属肋支撑。

月球基地居住舱的设计内幕 (图6)

居住舱从下到上分为5层：

最底层为一层，该层一部分安装环控生保系统，一部分作为基地的储藏室；

第二层为基地实验区；

第三层为基地控制区，与气闸舱相通；第四层是航天员工作区；

第五层是最上层，为航天员生活区。在居住舱的外边还有一个货物进出站，由加压管道与居住舱相通，是仪器设备进出居住舱的通道。

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3、充气式大圆筒居住舱

该方案的特点是将充气式大圆球改成充气式大圆筒，并增加一套支持结构。

月球基地居住舱的设计内幕 (图8)

圆筒形居住舱的直径为8米，长44米，内部空间2145立方米，可供使用的面积为547平方米，能容纳12名航天员在里面生活和工作。支持结构由内部地板、拱形支架和外部结构组成。

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支持结构顾名思义，是对充气式居住舱的内部设备、家具和航天员起支撑作用，此外在压力丧失的情况下还可以起保护作用。居住舱的舱壁也是用多层不透气的气囊和涂有防热涂料的高强度材料制成的。

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4、永久性月球基地的居住舱

永久性月球基地有12名航天员，包括飞船的着陆和起飞设备、太阳能发电站、月球开矿设备、航天员居住舱和实验室、核电站和月球天文台。航天员的居住舱和实验室一种由五层结构组成的复合体，其中第一层在月面上，其余4层在月面下。第一层是航天员出舱活动设备层，由两部分组成，里面包括气闸舱、月球服的维修、保养和储存设备。这一层的顶部覆盖有防福射的月球土壤。第二层不是一层建筑结构，而是一个竖井状通道，竖井上连接第一层，竖井下连接第三层，竖井中安装有电梯，供航天员进出各楼层时使用。第三层和第四层安装在月球溶洞内，两层紧连在一起，是航天员的居住舱和实验室。这两层开始是充气结构，成型以后被固化，最后成为永久性结构。第五层是最底层，也在溶洞内，主要用于安装基地的环控生保系统和其他设备。