Estructuras plegables en el espacio: ¿cuáles son los posibles beneficios y problemas?

Me pregunto cuáles son los potenciales y problemas más importantes con las estructuras plegables en el espacio. La idea básica es lograr grandes estructuras en el espacio mientras se reduce la masa y el volumen del lanzamiento, y también se evita el trabajo de construcción de caminatas espaciales humanas en microgravedad. ¿A qué tensión están expuestos los diferentes tipos de estructuras en el espacio? Como astronautas moviéndose en ellos, motores acelerándolos.

Puedo pensar en tres propósitos al tener grandes estructuras en el espacio:

  • 1) Disco parabólico para radiotelescopios o colectores solares.
  • 2) Espacio habitable para astronautas.
  • 3) Distancia radial para una centrífuga de "gravedad artificial".

Con respecto al n. ° 1 anterior, ¿la geometría de una parábola proporciona alguna manera fácil de "tirar" una lámina para obtener la forma deseada, o debe formarse minuciosamente centímetro a centímetro? ¿Y una fina hoja de metal funcionaría bien como antena parabólica de un radiotelescopio? ¿Podría incluso desplegarse un espejo útil para un telescopio óptico? Rusia tiene un radiotelescopio de 10 metros en el espacio, el interferómetro Spektr-R . Debe haber sido doblado en el espacio.

En el número 2, Bigelow Aerospace ya tiene dos estaciones espaciales expandibles (sin tripulación) en LEO y adjuntará una a la ISS el próximo año. ¿Cómo se despliegan? Usan el término "expandible" en lugar de "inflable".

En el n.° 3, la rotación para crear una aceleración radial que simule la gravedad, se prefieren distancias largas para evitar cambios de peso no naturales a medida que la tripulación se mueve radialmente. Al menos una distancia lo suficientemente larga como para que dos metros, es decir, de pie, sea una fracción prácticamente despreciable. He visto una propuesta para usar "rayos de aire" en lugar de cables. Un "haz de aire" es como una manguera inflada con aire u otros gases para que se ponga rígida. Permitiría movimientos (humanos) dentro de él y no se aflojaría como podría hacerlo un cable. La única aplicación real de rayos de aire que encuentro hoy es para tiendas de campaña (!) ¿Sería una tecnología práctica en el espacio? Aquí hay ideas de "algún tipo" sobre haces de aire para gravedad artificial. La diapositiva 10 tiene una imagen que demuestra la fuerza que puede tener un haz de aire.

Hay más propósitos. Las sondas Voyager tenían varias estructuras plegables y extensibles: el brazo del magnetómetro tiene 12 m de largo extendido; el RTG y los telescopios se asientan sobre brazos que se plegaron junto a la nave espacial para el lanzamiento.
La palabra 'plegable' en el título de la pregunta sugería un sistema de automontaje mecánico. El tema de interés parece ser más sobre inflables. Ambos caminos conceptuales se unen en las estructuras de espuma que tienen esencialmente dos globos, uno dentro del otro, con el vacío entre los dos lleno de espuma. Goodyear Aerospace en realidad trajo un diseño de este tipo para probar el nivel del artículo cuatro años antes de que el Apolo 11 aterrizara en la Luna.

Respuestas (2)

Se han utilizado estructuras plegables en el espacio desde los primeros días.

Muchas naves espaciales han plegado sus paneles solares para su lanzamiento; muchos más han utilizado conjuntos enrollados en brazos plegables, para minimizar el volumen de lanzamiento (y, por lo tanto, la masa del carenado de lanzamiento).

Se utilizó una antena parabólica plegable en algunas misiones; el más notable destaca por su falta de apertura: Galileo. La causa real de la falla no se conoce realmente , pero se cree que es la soldadura al vacío. Se puede crear una prábola con formas de paneles y luego mantenerla abierta con un resorte; no es tan suave como un yeso, pero aún es factible.

En el planeta se utilizan grandes telescopios multisegmento; son una forma práctica de poner en órbita un telescopio grande (≥5 m). Es probable que cualquier telescopio de este tipo también tenga componentes adicionales desplegados para ensombrecer y proteger el espejo del objetivo.

Se han utilizado brazos plegables e incluso carros de ruedas en rovers, incluido el rover tripulado para los aterrizajes de Apolo. ( http://www.collectspace.com/ubb/Forum29/HTML/000731.html muestra el rover guardado que se carga en el LM. http://www.armaghplanet.com/blog/nasas-lunar-rover-everything- you-need-to-know.html muestra parte del proceso de implementación en uno de los videos incluidos).

Las consideraciones principales para el espacio del hábitat incluyen la presión interna; una unidad plegada necesita muy poca estructura cuando puede mantenerse en modo desplegado por su propia presión interna. Varios diseños actuales (aún no volados) utilizan un núcleo estructural central, con un hábitat inflado que lo rodea. El núcleo central incluye el puerto de acoplamiento para acoplarse a naves/estructuras existentes, así como las conexiones de alimentación y datos. Bigelow Aerospace participa en el diseño de los que se probarán en 2015. ( http://www.nasa.gov/exploration/technology/deep_space_habitat/xhab/ , http://www.nasa.gov/mission_pages/station/ noticias/beam_feature.html )

Los beneficios clave de todos los expandibles son:

  • dimensiones de lanzamiento reducidas, que reducen las dimensiones del carenado y, por lo tanto, la masa del carenado
  • masa de lanzamiento reducida debido a una menor necesidad de soportar el estrés durante el lanzamiento.

Los inconvenientes clave incluyen:

  • falla mecánica de los motores de extensión
  • falla mecánica de los archivos adjuntos durante el lanzamiento (por ejemplo: Skylab)
  • corrosión o soldadura al vacío que lo deja fijo en la posición replegada (p. ej.: Galileo)
  • falla al desplegarse en la secuencia correcta (por ejemplo: la mayoría de las fallas del paracaídas; gran preocupación en el Apollo Lunar Rover)
  • el empaque no se libera (común en lanzamientos aéreos de equipos de halo; una preocupación importante con los rovers Pathfinder, Spirit y Opportunity)

Algunos inconvenientes adicionales señalados para los inflables:

  • falta de carcasa dura para resistencia al impacto
  • falta de carcasa metálica para la reducción de la radiación.
  • potencial de fuerza excesiva al inflar para dañar el módulo
  • potencial de daño en el embalaje (una preocupación para la misión Pathfinder)
  • posibilidad de daños al retirar el embalaje
  • potencial de daño si se despliega cerca de objetos afilados (también una preocupación mencionada en los datos de Pathfinder, aunque más como una falla posterior al despliegue).

Algunos de ellos tienen soluciones potenciales: se ha desarrollado un inflable de hormigón y tela que es hermético una vez desplegado: http://www.youtube.com/watch?v=vv3SII568v0 es un video de fanfarronería del fabricante. Asimismo, los compuestos poliméricos espumantes podrían usarse para crear paredes rígidas.

¡Gracias por tu respuesta! Pero dos puntos: observo que Bigalow al menos dice que su suavidad es una ventaja en el impacto con los desechos espaciales porque no crea una lluvia de proyectiles secundarios como lo haría una pared rígida. Y si están llenos de gas hidrógeno denso (tal vez H2 o CH4), los inflables deberían ayudar a bloquear la radiación. Nuevamente, con una tasa más baja de partículas secundarias que los metales más pesados ​​cuando son golpeados por radiación cósmica de alta energía.
La NASA ha demostrado que @LocalFluff dos capas de rígido con un amortiguador están bastante cerca de lo ideal para la defensa de micrometeoritos, aunque para un alto riesgo de impacto, se usaron 7 capas de cobre en una de las sondas espaciales. Además, es probable que una cubierta rígida desvíe muchos microimpactos, mientras que una cubierta blanda se deformará y enviará mucha más energía a la atmósfera interior. En cuanto a la radiación, sí, una capa de buena agua vieja es casi ideal... pero un caparazón rígido - vejiga de agua - caparazón rígido, a bajas velocidades, es mejor que agua blanda, donde solo el agua protege.

Esto se hace por necesidad, todo el tiempo, para paneles solares.

Paneles de la EEI

También hay grandes antenas desplegables que se utilizan para los satélites de comunicación y pronto para la misión Soil Moisture Active Passive .

Antena SMAP desplegada en tierra

La NASA planea probar un hábitat inflable en la ISS .

Módulo ISS inflable Bigelow

Es probable que la separación de estructuras giratorias por gravedad artificial sea más eficiente utilizando una correa que una estructura rígida desplegada. No necesita alojamiento para la tripulación en ambos extremos. Hay muchas otras masas no tripuladas para poner en el otro extremo.

La gravedad artificial giratoria a menudo se critica por lo que podría salir mal con un cable porque no es rígido. Un haz de aire semirrígido no necesita ser mucho más pesado por metro y tiene la ventaja de permitir el transporte en el aire en interiores entre diferentes niveles de gravedad artificial y con el contrapeso. Supongo que un globo se puede fabricar con cualquier forma, como un plato parabólico, y aun así se puede plegar por completo con más facilidad que los elementos rígidos. Los segmentos parabólicos no se empaquetan fácilmente de forma compacta.
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