Люки на Марсе — прочный прозрачный конструкционный пластик легче стекла для доставки с Земли?

Комментарии под этим ответом на вопрос Что легче построить на Марсе на квадратный километр; окна теплицы или фотогальваника/светодиоды? обсудить возможность использования пластика вместо стекла для прозрачных крыш теплиц на Марсе в количествах на квадратные километры, чтобы внести свой вклад в производство там продуктов питания.

Если кто-то доставляет груз с Земли, важна масса. Плотность обычных прозрачных стеклянных и пластиковых материалов, используемых для окон, составляет около 2,4 и 1,2 г/см^3, так что вы могли бы отправить в два раза больше пластиковых оконных стекол, чем стеклянных, если бы размеры были одинаковыми.

Но их не будет. Готовая оконная сборка должна выдерживать некоторый перепад давления и изолировать от потери инфракрасного излучения тепла в космос через разреженную марсианскую атмосферу, чтобы поддерживать оптимальную температуру растений для максимального роста. Ночью вы можете использовать непрозрачные изолирующие покрытия, но пока окна пропускают солнечный свет, вы будете излучать в пространство. Если вы мне не верите, наведите инфракрасный термометр днем ​​на голубое небо, но подальше от солнца. Он зарегистрирует ccc-cold!

Даже в ультрафиолете, получаемом на Земле на уровне моря, многие пластмассы стареют под прямыми солнечными лучами. Ультрафиолет разрушает более слабые органические связи в пластике. Результатом является соляризация, сумасшествие и структурное ослабление. При гораздо более сильном солнечном УФ-потоке на поверхность Марса это ускорится.

Есть ли какие-нибудь известные прозрачные пластиковые кандидаты на роль оптимизированного «марсианского пластика», который мог бы заменить стекло в качестве тепличных окон на Марсе, которым 15 лет? Будут ли они достаточно прочными, чтобы общий вес груза на квадратный километр был меньше, чем у стекол из оптимизированного «марсианского стекла»?

внизу: «Лексановое окно через 7 лет» (на Земле, разумеется), из « Лексана против плексигласа » .

введите описание изображения здесь

ниже × 3: «Этому порту из плексигласа 38 лет». (на Земле, разумеется), от Lexan vs. Plexiglass .

введите описание изображения здесь

введите описание изображения здесь

введите описание изображения здесь

Фильтр, блокирующий УФ-излучение, над пластиковым окном может уменьшить старение пластика. Но сам фильтр тоже может стареть.
@Uwe солнцезащитный лосьон для окон? :) Запатентуйте это сейчас! э... не лучше ли запатентовать это позже, а пока держать в секрете. Семнадцать лет — это не так уж много.
Если вы зайдете в чат , мои расчеты покажут, что приблизительный уровень УФ-деградации на Марсе такой же или ниже, чем на Земле. УФ-излучение примерно в два раза больше, чем на Земле (атмосферы нет, но солнечный свет слабее), в то время как кислород, который необходим для деградации, будет присутствовать только внутри теплицы (уменьшая площадь поражения вдвое) и, вероятно, при более низком давлении и более низком парциальном давление (дальнейшее снижение эффекта).
Кроме того, пластмассы можно перерабатывать и перерабатывать в процессе, менее «промышленном», чем требуется для стекла. (нет необходимости в высокотемпературных печах). OTOH, производство стекла ISRU более жизнеспособно из-за пластика, требующего большого количества водорода, который не всегда доступен на Марсе. Кремнезема много, и перерабатывать его в стекло довольно просто (если это энергозатратно).
@СФ. из того, что я видел в стекольных магазинах, переработка чертовски проста. Вы разбиваете его, бросаете в контейнер, растапливаете и выливаете. Если нет дополнительной электроэнергии, просто сделайте солнечную печь. Рефлектор диаметром 3 или 4 метра на Марсе может расплавить несколько литров стекла, чтобы снова отлить его. Может быть, есть пластик, который также переплавляется/переплавляется и остается достаточно прозрачным и прочным, если да, то давайте определим его и назовем. Что касается УФ, все процессы сильно зависят от длины волны. Вы не можете строить аргументы из «меньше УФ» или «больше УФ». Нужно сравнить спектрально.
@uhoh: "чертовски легко", если вы можете достичь температуры плавления стекла - 1400-1600°C. Печь не совсем карманное устройство. А затем вам нужно сформировать его, что довольно легко для небольших предметов, но только до промышленной революции большие стеклянные панели стали достижимыми.
@СФ. о, вы хотите закаленное стекло ? Хм... будет сложнее, да. К счастью, стекло не разлагается под воздействием УФ-излучения, как пластик, поэтому нам не нужно его перерабатывать! Солнечная печь диаметром 3 метра на Марсе расплавит несколько литров стекла. Вы помещаете его в черный цилиндр, покрываете стороны и один конец изоляцией из стекловолокна, фокусируете солнечный свет на другой стороне цилиндра, и вы получаете нужную вам температуру.
@uhoh: а потом у тебя есть цилиндр с расплавленным стеклом, который ты используешь как? Стекло было известно древним финикийцам. Стеклянные панели размером более пары сантиметров — это история чуть более чем вековой давности.
@СФ. Хорошо, вы снова вернулись к другой точке. Вот почему я избегаю болтовни. Пожалуйста, опубликуйте ответ, если он у вас есть. Спасибо!
@uhoh: я только что отметил проблемы со стеклом. Ваш вопрос касается прозрачного пластика, который прослужит 15 лет. Я считаю, что полупрозрачная фольга, которая прослужит 3 года, — правильный подход. У меня нет ответа на ваш 15-летний срок службы прозрачного пластика. Кажется, вы настаиваете на жестких конструкциях, подобных стеклянным теплицам, в то время как я думаю, что надувные, гибкие конструкции гораздо более жизнеспособны.
Почему это должна быть одна стеклянная или пластиковая панель? Окна броневиков представляют собой несколько слоев стекла и пластика. Для стабильного и легкого люка следует рассмотреть многослойную конструкцию с сотовыми элементами. Такой люк не должен быть пробит мелкими метеоритами. Взрывная декомпрессия теплицы может убить садовника. Чтобы предотвратить старение пластиковых слоев под воздействием УФ-излучения, верхний слой должен быть фильтром, блокирующим УФ-излучение. Но замена поврежденного окна должна быть возможной без эвакуации всей теплицы.
@Uwe у тебя есть действительно хорошие идеи! Подумайте о том, чтобы опубликовать ответ? Вы могли бы просто указать, что посылка вопроса не идеальна, что ламинированная комбинация пластика и стекла может быть лучше, чем только стекло или только пластик. Ведь посмотрите на современные автомобильные окна! Пожалуйста, рассмотрите возможность публикации ответа!

Ответы (1)

На практике будет использоваться составной подход, сочетающий сильные стороны различных материалов.

Необходимые слои можно резюмировать следующим образом:

  • мочевой пузырь, содержащий атмосферу
  • Ограничитель открытого плетения (лямки) для уменьшения напряжения мембраны в мочевом пузыре.
  • Защита от ультрафиолета, истирания и микрометеоритов

Общая техника строительства (без щита) аналогична той, что используется для воздушных шаров сверхвысокого давления, таких как из Project Loon : Воздушный шар сверхвысокого давления от Project Loon.

Мембрана должна быть прозрачной и обладать хорошей прочностью на растяжение, ограничитель должен иметь отличную прочность на растяжение. Прочность на растяжение полиэтилена составляет всего около 30 МПа, тогда как такие материалы, как кевлар, могут иметь предел прочности на растяжение около 3600 МПа. Более плотное сдерживание приводит к уменьшению общей массы за счет того, что на слой сильного сдерживания приходится больше нагрузки, но за счет снижения прозрачности.

Экран должен быть прозрачным, блокировать УФ-излучение, достаточно устойчивым к истиранию и иметь высокую вероятность защиты мембраны от микрометеоритов, которые не так опасны на Марсе, как в глубоком космосе, те, которые не разрушаются при атмосферных воздействиях. вход будет двигаться с конечной скоростью, менее 1 км/с. Они по-прежнему могут пробивать тонкую мембрану, а для теплицы площадью в сотни квадратных метров удары микрометеоритов неизбежны, хотя простой ремонт любых проколов был бы жизнеспособной стратегией при условии, что мембрана устойчива к разрывам.

Кроме того, один из слоев должен иметь излучающий барьер (покрытие с низким коэффициентом излучения), целью которого является улавливание инфракрасной энергии и поддержание более высоких температур в ночное время. Обычно это чрезвычайно тонкое покрытие из металла, такого как серебро, эти барьеры хрупкие и разрушаются под действием кислорода, поэтому покрытие должно быть снаружи мембраны или внутри экрана, чтобы оно было защищено как от истирания пылью, так и от кислорода. Масса этого покрытия незначительна.

Одно исследование, ссылка на которое приведена ниже, оценивает массу мочевого пузыря, фиксатора и щитка:1,22 кг/м^3 для мембраны, 0,66 кг/м^2 для крепления

При общей массе около 3 кг/м^2. Это не намного легче, чем оконное стекло, но типичное окно рассчитано только на ветровую нагрузку ~ 0,5 кПа, а не примерно на 30 кПа, как надувная теплица.

Ниже приведены ссылки на некоторые полезные PDF-файлы:

Надувные прозрачные конструкции для марсианских теплиц (pdf)
Технические концепции надувных марсианских теплиц (pdf)

Интересно, спасибо за обсуждение и ссылки. Я ничего не вижу в этих документах о серебряной или металлической пленке, и я не вижу, как она будет функционировать как тепловой барьер, оставаясь при этом достаточно тонкой, чтобы служить окном для теплицы. Можно уточнить?
Я немного добавил к ответу, но в основном это ваше типичное низкоэмиссионное покрытие, которое отражает дальний инфракрасный диапазон (и, возможно, ближний инфракрасный диапазон), поэтому видимый свет может проникать внутрь, а инфракрасный задерживается, что особенно важно для поддержания теплых ночных температур. Некоторые концепции теплиц включают изолирующее покрытие, которое раскрывается ночью и может выполнять эту роль. Кроме того, все теплицы, вероятно, потребуют, по крайней мере, некоторого активного обогрева, если в теплицу будет сбрасываться избыток отработанного тепла, тогда меньше / нет необходимости улавливать инфракрасное излучение.
Еще раз спасибо! Я не слышал о покрытии с таким низким коэффициентом излучения, которое сделано из серебра и прозрачно в видимом диапазоне, но отражает дальнее инфракрасное излучение, но пока плазменная частота находится где-то между видимым и тепловым ИК, оно должно работать. Я почитаю об этом еще.
@uhoh это действительно ничем не отличается от золотого покрытия на шлемах скафандра, оно прозрачно, потому что оно такое тонкое, но фотоны с большей длиной волны сильно взаимодействуют с атомами металла (например, как микроволны могут быть заблокированы металлической сеткой)
Это интересно! Вместо того, чтобы объяснять это в комментариях, я выделил для этого больше места: как тонкая золотая пленка в стекле шлемов скафандров блокирует тепловое инфракрасное излучение, но пропускает видимое? Какая физика?
@Blake Walsh Вы говорите, что микрометеориты «не представляют такой большой угрозы на Марсе, как в глубоком космосе, те, которые не распадаются при входе в атмосферу, будут двигаться с конечной скоростью, менее 1 км / с». У вас есть ссылка на это? Если нет, можете ли вы объяснить физику, которая привела к такому выводу? Меня очень интересует это в связи с потенциальным повреждением жестких крыш теплиц. См.: space.stackexchange.com/questions/49657/…
Люки на Марсе — прочный прозрачный конструкционный пластик легче стекла для доставки с Земли?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v