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