Сборка куполов

TL;DR

  • Назначение: Герметичные оболочки для новых заводов
  • Производство: Завод-репликатор (Ф-Р)
  • Размер: ~1500 м² (~50×30 м), высота 6–8 м
  • Материал: 8-слойный композит (стекловолокно + Al-фольга)
  • Производительность: 1 купол = материалы на 2–3 дня

Обзор

Купол — это герметичная оболочка завода, создающая атмосферу 0,1 атм O₂ для работы оборудования. Каждый новый завод нуждается в куполе перед запуском.

Два варианта купола:

Вариант Применение Время монтажа
Предсобранный надувной Первый завод (bootstrap) 4–8 часов
Сборка на месте Штатное производство 4 дня

Где производится (штатный режим): На заводе-репликаторе (Ф-Р) в зоне «Раскрой + сварка куполов» (200 м²). Ткань поступает через шлюз с внешнего склада бобин. Готовые панели выходят через шлюз и доставляются Крабами-М к месту монтажа.

Вариант 1: Предсобранный надувной модуль (Bootstrap)

Для сборки первого завода — привезти готовый надувной модуль с Земли. Это критично для checkpoint энерго-автономии.

Параметр Сборка на месте Надувной модуль
Время 4 дня 4–8 часов
Масса ~8 т 10–12 т (+2–3 т)
Роботы 6 Кротов-М (Gen-2!) 6 Кентавров-З (Gen-1)
Риск Высокий Низкий

Аналог: Bigelow Aerospace BEAM модуль на МКС (16 м³, 1,4 т) — успешно работает с 2016 года.

Процесс развёртывания

# Операция Роботы Время
1 Разгрузка модуля Краб-З ×4 1 час
2 Позиционирование на площадке Кентавр-З ×6 1 час
3 Наддув N₂ (0,1 атм, привезён с Земли) Автоматически 30 мин
4 Подключение шлюза Кентавр-З ×4 1 час
5 Проверка герметичности Кентавр-З ×2 30 мин
Итого 4 часа

Почему надувной модуль для bootstrap:

  • Не требует Gen-2 роботов (Кроты-М ещё не произведены)
  • Время развёртывания совместимо с checkpoint энерго-автономии (12–24 ч)
  • Проверенная технология (BEAM на МКС с 2016)

Подробности: Сборка первого завода (Bootstrap)

Вариант 2: Сборка на месте (Штатный режим)

Для всех заводов после первого — производство куполов из местных материалов.

Конструкция купола

Параметр Значение
Размеры ~50×30 м (~1500 м²)
Высота 6–8 м
Масса купола ~8 т*
Атмосфера внутри 0,1 атм O₂
Слои 8 (чередование силикатной ткани + Al-фольги)
Давление 0,1 атм (10 кПа)

*Готовый купол: ткань ~6 т + каркас ~1,5 т + шлюз ~0,5 т. Bootstrap надувной модуль 10–12 т включает усиленный каркас.

Многослойная структура

Купол состоит из 8 чередующихся слоёв:

Слой Материал Толщина Функция
1 (внешний) Стекловолокно 2 мм Защита от метеоритов
2 Al-фольга 50 мкм Герметичность
3 Стекловолокно 2 мм Прочность
4 Al-фольга 50 мкм Дублирование герметичности
5 Стекловолокно 2 мм Прочность
6 Al-фольга 50 мкм Дублирование герметичности
7 Стекловолокно 2 мм Прочность
8 (внутренний) Al-фольга 50 мкм Финальная герметичность

Преимущества многослойности: - Дублирование — пробой одного слоя не критичен - Прочность — стекловолокно выдерживает удары микрометеоритов - Герметичность — 4 слоя Al-фольги обеспечивают утечку <0,1%/сутки

Процесс ламинирования слоёв

Слои соединяются термическим ламинированием:

  1. Стекловолокно (150°C) + Al-фольга подаются на нагретый каландр
  2. Прижим 0,5 МПа, скорость 2 м/мин
  3. Al-фольга механически фиксируется в порах стеклоткани
  4. Готовый 8-слойный рулон охлаждается и сматывается

Процесс сборки

flowchart TD
    subgraph INPUT["ВХОД"]
        FABRIC["Композитная ткань<br/>8-слойная<br/>~8 т на купол"]
    end

    subgraph CUTTING["РАСКРОЙ"]
        TEMPLATE["Шаблон купола<br/>50×30 м"]
        CUT["Раскройный стол<br/>лазерная резка"]
    end

    subgraph WELDING["СВАРКА"]
        PANELS["Панели купола"]
        ULTRASONIC["Ультразвуковая сварка<br/>швов"]
        SEAL["Герметизация стыков"]
    end

    subgraph TESTING["ИСПЫТАНИЯ"]
        PRESSURE["Тест давлением<br/>0.15 атм"]
        LEAK["Контроль утечек<br/>масс-спектрометр"]
    end

    subgraph OUTPUT["ВЫХОД"]
        DOME["Готовый купол<br/>~8 т, ~1500 м²"]
    end

    FABRIC --> TEMPLATE
    TEMPLATE --> CUT
    CUT --> PANELS
    PANELS --> ULTRASONIC
    ULTRASONIC --> SEAL
    SEAL --> PRESSURE
    PRESSURE --> LEAK
    LEAK --> DOME

    style INPUT fill:#f0e68c
    style CUTTING fill:#fff3cd
    style WELDING fill:#d4edda
    style TESTING fill:#b8e0d2
    style OUTPUT fill:#cce5ff

Размещение в заводе-репликаторе

Зона «Раскрой + сварка куполов» (200 м²) на Ф-Р:

Оборудование Площадь Операция
Раскройный стол 10×5 м ~80 м² Лазерная резка панелей по шаблону
Зона ультразвуковой сварки ~80 м² Сварка панелей + герметизация швов
Зона контроля швов ~40 м² УЗК, визуальный осмотр, тест на разрыв

Хранение бобин ткани — на внешнем складе (вакуум). Подача через шлюз по мере необходимости (JIT).

Полный тест давлением — проводится ПОСЛЕ монтажа на площадке (купол 50×30 м не тестируется целиком внутри 200 м² зоны). В заводе контролируют только качество швов.

Этапы производства

1. Раскрой композитной ткани

Композитная ткань поступает с линии силиката в рулонах.

Параметр Значение
Источник Линия силиката
Ширина рулона 2–3 м
Масса рулона 200–300 кг
Раскройный стол 10×5 м (лазерная резка)

Процесс: 1. Рулон разматывается на раскройном столе 2. Лазерный резак вырезает панели по шаблону 3. Панели маркируются (номер и положение в куполе)

Отходы: ~5% (обрезки идут на ремонтные заплатки)

2. Сварка швов

Панели соединяются ультразвуковой или термической сваркой.

Параметр Ультразвуковая сварка Термическая сварка
Температура 150–200°C 300–400°C
Скорость 5–10 м/мин 2–5 м/мин
Прочность шва 90–95% прочности материала 85–90%
Энергопотребление 2–5 кВт 5–10 кВт

Выбор метода: Ультразвуковая сварка предпочтительна (быстрее, меньше нагрев, прочнее шов).

Контроль качества шва: - Визуальный осмотр (камера) - УЗК (ультразвуковой контроль) — поиск пустот - Тест на разрыв (выборочно)

3. Герметизация стыков

Дополнительная герметизация швов для обеспечения атмосферы 0,1 атм O₂.

Материал Применение
Al-лента Швы между панелями + критические швы

Процесс: 1. Шов обезжиривается 2. Al-лента накладывается на шов 3. Ультразвуковая сварка (150–200°C, 5–10 м/мин) 4. Прижимается роликом (давление 1–2 атм)

4. Испытания (на площадке монтажа)

Каждый купол проходит тест на герметичность после монтажа на месте (в заводе контролируют только швы).

Тест давлением

Параметр Значение
Испытательное давление 0,15 атм (150% рабочего)
Время выдержки 1 час
Критерий годности Падение давления <1%

Процесс: 1. Купол надувается кислородом до 0,15 атм 2. Все клапаны закрываются 3. Через 1 час проверяется давление 4. Если падение >1% — поиск утечки

Контроль утечек

Если тест показал утечку, используется масс-спектрометр с гелием.

Параметр Значение
Индикаторный газ Гелий (He)
Чувствительность 10⁻⁹ атм·см³/с
Метод Обход купола масс-спектрометром

Процесс: 1. Купол наполняется смесью O₂ + 10% He 2. Снаружи обходят масс-спектрометром 3. При обнаружении гелия — найдена утечка 4. Утечка заделывается заплаткой + Al-лента (ультразвуковая сварка)

Материальный баланс

На 1 купол (~1500 м²):

Материал Масса Источник
Композитная ткань 8-слойная ~8 т Линия силиката
Al-лента (герметизация швов) ~30 кг Прокат
Крепёж (болты, гайки) ~50 кг WAAM + шлифовка

Производительность линии силиката: ~28 т ткани/день → 3–4 купола/день

Монтаж купола на месте

После изготовления купол транспортируется к месту установки нового завода.

Этап Время Роботы
Подготовка площадки 1 день 6 Кротов-М
Установка каркаса 1 день 4 Кентавра-М
Монтаж купола 1 день 6 Кентавров-М
Герметизация периметра 0,5 дня 2 Кентавра-М
Тест давлением 0,5 дня Автоматика
ИТОГО 4 дня

Каркас купола: - Арки из стали Fe (прокат) - Расстояние между арками: 5 м - Фундамент: сваи в реголит (на глубину 1–2 м)

Энергопотребление

Компонент Мощность
Раскройный стол (fiber laser 5 кВт) 5 кВт
Ультразвуковая сварка 5 кВт
Испытательное оборудование 2 кВт
Транспорт и монтаж 10 кВт
ИТОГО ~22 кВт

Обслуживание куполов

После установки купол требует минимального обслуживания.

Операция Периодичность Исполнитель
Инспекция швов Ежемесячно Кентавр-М + камера
Подкачка кислорода По необходимости Автоматика
Ремонт пробоин По факту Кентавр-М (заплатка)
Замена купола 10–15 лет Полная замена

Типичные пробоины: Микрометеориты >1 мм могут пробить 1–2 слоя. Ремонт занимает 2–4 часа (заплатка + Al-лента).

См. также