Brauchen Sie Hilfe beim Bau einer Mondbasis? USC Viterbi-Forscher arbeiten mit der NASA zusammen

Kostengünstige, schonende Konstruktion auf dem Mond: Die neue CrafTram-Technologie könnte der nächsten Generation von Mondforschern helfen

FOTO-/KONTURANFERTIGUNG.

„Das ist ein kleiner Schritt für den Menschen, ein großer Sprung für die Menschheit“, sagte Neil Armstrong, MS '70, nach der Landung auf dem Mond.

Apollo 11 war ein großer Meilenstein auf dem Weg der Menschheit, in den Weltraum zu reisen und ihn zu erkunden. Jetzt blicken wir mit dem Artemis-Programm der NASA auf den nächsten Meilenstein: die Landung der ersten Frau und des ersten farbigen Menschen auf dem Mond.

Um dies zu unterstützen, strebt Artemis die Errichtung der ersten langfristigen Präsenz auf dem Mond an, was den Bau eines Basislagers auf der Mondoberfläche erfordert. Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Raketen für diese Mission stärker sein werden als Apollo, was bedeutet, dass bei Landung und Start auf dem Mond Steine ​​und Erde in verschiedene Richtungen verteilt werden. Der Landeplatz müsste daher einen Landeplatz und einen erhöhten Grat oder eine Berme umfassen, der die Mondoberfläche, Astronauten und Ausrüstung vor den Projektilen schützen kann, die bei Landung und Start entstehen. Aber das Bauen auf unebenem und unebenem Gelände ist selbst auf der Erde schwierig. Herkömmliche Werkzeuge wie schwere Lastwagen, die Material hin und her transportieren, könnten die Mondoberfläche beschädigen und sich auch bei der Navigation durch felsiges, sandiges, enges und gefährdetes Gelände als ineffizient erweisen.

Zu diesem Zweck vergab die NASA ein Stipendium an Contour Crafting, gegründet von Behrokh Khoshnevis, Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen an der USC Viterbi School of Engineering. Zusätzliche Mittel wurden an USC Viterbi-Professor Lucio Soibelman, einen Partner des Projekts, vergeben, um die Entwicklung einer straßenbahnähnlichen Technologie zu ermöglichen, die den Mondbau unterstützen kann, ohne die Umgebung zu beschädigen.

„Traditionell werden im Baugewerbe große Lastwagen mit Erde gefüllt und diese auf die Baustelle gekippt. Sie fahren viele, viele Male von der Ausgrabungsstelle zur nächsten hin und her“, sagte Soibelman, Vorsitzender des Fred Champion Estate im Ingenieurwesen.

Aber wenn man über den Weltraumbau nachdenke, funktioniere die traditionelle Methodik einfach nicht, sagte er. „Es wäre sehr schwierig, intelligente Roboter-Lastwagen durch schwieriges Gelände fahren zu lassen. Außerdem müssten sie viel Energie verbrauchen, um die Last zu tragen, und es gäbe viele Möglichkeiten zum Scheitern.“ Darüber hinaus würde der Flug solch schwerer und sperriger Ausrüstung zum Mond einen großen Raketenladeraum und viel Raketentreibstoff erfordern.

Stattdessen entwickelte Khoshnevis eine Technologie namens CrafTram, die leicht und umweltfreundlich ist. CrafTram funktioniert wie ein Sessellift auf einem Skiberg und transportiert Eimer voller Material, ohne über das Gelände fahren zu müssen. Im Gegensatz zum Sessellift ist die Straßenbahn mobil, das heißt, sowohl Quelle als auch Ziel können autonom wechseln, sodass das System von einer Baustelle zur anderen fahren kann.

Über Mondanwendungen hinaus sieht das Team das Potenzial der neuen Technologie, auf einer Vielzahl von Baustellen auf der Erde mehr Effizienz zu schaffen.

Khoshnevis sagte: „Es ist nicht nur der Automatisierungsaspekt dieses Konzepts, der auf Baustellen hilft, sondern auch einfach ein Transportmittel. Baustellen sind normalerweise unorganisiert; es liegt viel Zeug auf dem Boden, was es für Fahrzeuge schwierig macht, dorthin zu gelangen.“ Gehen Sie über indirekte Wege. Bei diesem Ansatz fliegen die Materialien über das Gelände und können auch verschiedene Höhen überqueren.

Bereit zum Abheben

Das CrafTram-System soll den Bau von Außenposten auf dem Mond erleichtern und gleichzeitig Lastbeschränkungen für die Reise zum Mond berücksichtigen. Khoshnevis und Soibelman näherten sich dem Bauwesen aus verschiedenen und innovativen Perspektiven und suchten nach Möglichkeiten, es effizienter zu gestalten.

„CrafTram kollabiert, um während des Fluges so wenig Platz wie möglich einzunehmen, und dehnt sich dann von selbst aus, sobald es auf dem Mond eingesetzt wird“, sagte Khoshnevis, der die Louise L. Dunn-Stiftungsprofessur für Ingenieurwissenschaften innehat.

Gleichzeitig beträgt die Schwerkraft des Mondes fast ein Sechstel der Schwerkraft auf der Erde, was bedeutet, dass die Eimer noch mehr Last tragen können als auf der Erde, sagte Khoshnevis.

In den ersten sechs Monaten des Projekts wird das Team unter Verwendung der CrafTram-Technologie als Machbarkeitsnachweis eine Berme im Maßstab von einem Drittel bauen. Daraus werde in Phase II des Projekts ein Prototyp in Originalgröße hergestellt, sagte Soibelman.

Bauen aus der Luft verändern

Was im Weltraum passiert, muss nicht dort bleiben, und das Team hinter CrafTram würde es sogar vorziehen, wenn dies nicht der Fall wäre.

Stattdessen übertragen Khoshnevis und Soibelman bereits Erkenntnisse aus der Konstruktion im Weltraum, die viele Einschränkungen mit sich bringt, auf verschiedene Konstruktionsparameter und -szenarien.

Soibelman sagte: „Ich bin sehr daran interessiert, herauszufinden, wie wir aus der Ferne operieren können.“ Während die Zukunft des Bauwesens stark von der Robotik geprägt sein könnte, so Soibelman, weist das heutige Bauumfeld viele Komplexitäten und Konflikte zwischen verschiedenen Aufgaben auf. „Deshalb müssen wir zu einem Zwischenschritt gehen – etwas mehr künstliche Intelligenz, aber mit Fernsteuerung durch den Menschen. Wenn wir das tun, können wir die Sicherheit erhöhen – indem wir Arbeiter aus der Gefahrenzone entfernen – und eine vielfältigere Palette von Maßnahmen einbringen.“ Einzelpersonen für Bauberufe, einschließlich Frauen und Menschen mit Behinderungen.“

„Ich habe großes Interesse an der Erforschung dieser Technologie und es gibt keine bessere Gelegenheit dafür als dieses Projekt mit der NASA“, fügte er hinzu. „Wenn wir herausfinden können, wie man aus der Ferne mit Robotern auf dem Mond bauen kann, wird es in einer kleineren Entfernung, etwa von den USA nach Indien, noch einfacher sein.“

Für Khoshnevis gibt es unzählige terrestrische Einsatzmöglichkeiten von CrafTram beim Transport von Materialien von der Quelle zum Ziel, selbst wenn sich einer der beiden Punkte bewegt. „Auf vielen Baustellen ist der Zugang für Betonfahrmischer schwierig, beispielsweise bei tiefen Baugruben mit steilen Rampen oder bei ausgehobenen Pfahlgründungen, bei denen der abgetragene Boden extrem schlammige Oberflächen erzeugt. In diesen Fällen sind Ingenieure und Bauunternehmen oft gezwungen, die Baustelle zu befahren LKW außerhalb der Baustelle und pumpen Beton vom LKW/von der Pumpe zur Betonierstelle. Oftmals erfordern die langen Entfernungen vom Pumpenstandort zur Betonierstelle die Installation langer Rohrleitungen mit erheblichem Betonverlust in diesen Rohren an der Stelle Ende des Gießvorgangs“, sagte er. CrafTram würde diesen Prozess einfacher und effizienter machen.

Veröffentlicht am 17. August 2022

Zuletzt aktualisiert am 17. August 2022