Каркас тоннеля

TL;DR

  • Назначение: Несущая конструкция масс-драйвера
  • Материал: Сталь Fe-6%Mn (прочность + низкая температура)
  • Масса: ~270 т (базовый 1 км)*
  • Конструкция: Ферменный каркас + серобетонные опоры

*При удлинении: 2 км (~535 т), 3 км (~800 т).

Обзор

Каркас тоннеля — это несущая конструкция, которая удерживает рельсы, катушки и электронику масс-драйвера. Каркас должен выдерживать огромные нагрузки при разгоне (1275g ускорение).

Конструкция каркаса (базовый 1 км)

Параметр Значение
Длина 1 км (базовый)*
Ширина 5 м
Высота 4 м
Материал Сталь Fe-6%Mn
Тип конструкции Ферменный каркас

*При необходимости: 2 км или 3 км.

Масса каркаса: ~270 т (1 км), ~535 т (2 км), ~800 т (3 км).

Схема фермы (вид сбоку)

     5 м
  ┌──────┐
  │ /\/\ │
  │/    \│  4 м
  │\    /│
  │ \/\/ │
  └──────┘

Преимущества ферменной конструкции: - Лёгкая (минимум материала) - Прочная (распределение нагрузок) - Термостабильная (не деформируется при −180°C)

Материал: Сталь Fe-6%Mn

Почему марганцевая сталь?

Свойство Fe-6%Mn Обычная сталь
Прочность при −180°C Высокая Хрупкая
Ударная вязкость Сохраняется Падает
Стоимость Местное производство Местное

Подробнее: Производство железа

Производство каркаса

Процесс изготовления

Этап Оборудование Выход
Плавка Fe + 6% Mn MRE + дистилляция Расплав стали
Литьё балок МНЛЗ-Fe Заготовки 100×100 мм
Прокат до профиля Прокатный стан Двутавр, швеллер
Резка на элементы Газовая резка Балки 6-12 м
Сварка ферм WAAM + роботы Фермы 12 м
Антикоррозионное покрытие Напыление Al Защита

Подробнее: Прокатный стан, WAAM

Материальный баланс

На 1 МД (1 км, ~270 т каркаса):

Компонент Масса Производство
Сталь Fe-6%Mn (основные балки) 230 т 11 т/день → 21 день
Крепёж, болты 20 т 18 т/день → 1 день
Антикоррозионное покрытие (Al) 20 т 42 т/день → 0.5 дня

ИТОГО: ~21-25 дней на производство материалов.

При удлинении до 3 км: ~40-45 дней.

Типы опор

Серобетонные опоры (на грунт)

Параметр Значение
Количество опор 100 (каждые 10 м)*
Масса одной опоры ~1 т серобетона
Глубина фундамента 2-3 м в реголит
ИТОГО серобетон ~100 т

*При удлинении: 200 опор (2 км), 300 опор (3 км).

Серобетон на Меркурии: - Связующее: сера (S) — плавится при 115°C, затвердевает - Заполнитель: реголит - Не требует воды (в отличие от обычного бетона) - Прочность: достаточная для опор

Анкерные болты

Параметр Значение
Количество на опору 4 шт
Диаметр Ø20 мм
Длина 1 м
ИТОГО болтов 400 шт*

*При удлинении: 800 (2 км), 1200 (3 км).

Сборка каркаса

Последовательность (базовый 1 км)

Этап Время Роботы
Рытьё траншеи (1 км) 2 недели 20 Кротов-М
Установка серобетонных опор 1 неделя 10 Кентавров-М
Монтаж ферм (~85 секций) 1 неделю 20 Кентавров-М
Сварка стыков 3 дня 10 Кентавров-М
Калибровка геометрии 2 дня Автоматика

ИТОГО: ~1 месяц от начала до готового каркаса.

При удлинении до 3 км: ~4-5 месяцев.

Нагрузки на каркас

Статические нагрузки (1 км)

Компонент Масса Нагрузка на каркас
Рельсы (2 шт) ~70 т 0.07 т/м
Катушки (1000 шт) ~100 т 0.1 т/м
Электроника ~3 т 0.003 т/м
ИТОГО ~173 т ~0.17 т/м

Динамические нагрузки

Источник Усилие Время
Разгон снаряда (1275g) 1.44 МН на каретку 0.4 сек
Магнитное поле ~10 кН на катушку Импульс
Вибрации ~5 кН Постоянно

Запас прочности: каркас рассчитан на 3× нагрузки. Высокое ускорение (1275g) компенсируется коротким временем воздействия (0.4 сек).

Термостабильность

Температурные режимы

Зона Температура Расширение стали
Тень (основная часть) −180°C Сжатие −0.3%
Терминатор (переход) 0°C Нейтраль
Свет (электроника) +50°C Расширение +0.1%

Компенсация: - Термические швы каждые 100 м - Скользящие опоры (позволяют расширение) - Предварительный натяг (компенсирует сжатие)

Износ и обслуживание

Изнашиваемые части

Компонент Срок службы Замена
Крепёжные болты 5-10 лет По графику
Сварные швы 10-20 лет Контроль УЗК
Покрытие антикоррозийное 3-5 лет Напыление

Обслуживание: - Ежемесячная инспекция (Кентавры-М + камеры) - Ежегодная калибровка геометрии (лазерные измерения) - Замена изношенных элементов по факту

Контроль качества

Параметр Контроль Норма Действие при отклонении
Прямолинейность Лазерный датчик (импорт) ±5 мм на 100 м Регулировка опор
Перпендикулярность Лазерный датчик ±0.1° Коррекция
Сварные швы Визуальный (камеры) + нагрузочный тест Нет видимых дефектов Переваривание
Болтовые соединения Динамометрический ключ (местный) Момент 300 Нм Подтяжка

См. также