基于装配式模块的月球熔岩管建筑结构体系及建造方法

本发明涉及一种月球熔岩管建筑结构体系及建造方法，具体涉及一种基于装配式模块的月球熔岩管建筑结构体系及建造方法，属于月球建筑工程。

背景技术：

1、我国探月工程规划为“无人月球探测”、“载人登月”和“建立月球科研站”(“探、登、驻”)三个阶段。目前已完成“无人月球探测”阶段的“绕、落、回”三期任务，并于2021年联合俄罗斯共同发布《国际月球科研站路线图》，计划2035年前通过8次任务完成无人阶段科研站基本型。月球建筑工程是进行月球探索和开发的重要基础设施，是实现我国航天强国战略的重要标志，其主要功能在于为探月设备提供掩蔽空间，为航天员提供稳定生存环境，能够实现短期有人值守和长期自动运行的功能需求。由于月球没有大气层保护，其表面具有大温差、高真空、强辐射、长昼夜等特点，易受到太空陨石和微粒子的直接撞击，因此，无人探测设备与载人舱体等建设需要考虑防护结构，以保障设备顺利运行、人员安全驻留。在此背景下，适时开展有关月球建筑工程技术研究具有重要意义。

2、熔岩管是月球上天然的掩蔽场所，能够保护月球建筑免受太空陨石和微粒子的直接撞击，是月球建筑的优良选址。然而由于地月交通运输费用高昂，以及大温差、强辐射等复杂月球表面环境，月球熔岩管建筑结构需要有尽量少的运输质量与体积，同时能够满足快速建造的要求，模块化的建筑装配式技术为适应这种特殊的运输与建造要求提供了可能。

3、公告号为cn219973501u，专利名称为一种预制化钢结构建筑模块的实用新型专利，其公开的是一种用于地球环境的装配式建筑模块，采用预制化钢结构建筑模块上、下装配结构和左、右装配结构方式，分块拼装建设，简化了现场施工流程，预制化钢结构建筑模块整体框架运至现场、整体安装，预制钢结构模块在工厂内预制完成。但是，其在预制和装配过程中，需要大型的吊装机械，而且预制后，钢结构的体积大，运输成本高。

4、综上所述，现有的钢结构材料运输成本高，且建造需要大型吊装机械，存在并不适用于地月之间的运输与月球环境下建造的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有的钢结构材料运输成本高，且建造需要大型吊装机械，存在并不适用于地月之间的运输与月球环境下建造的问题。进而提供基于装配式模块的月球熔岩管建筑结构体系及建造方法。

2、本发明的技术方案是：基于装配式模块的月球熔岩管建筑结构体系，它包括多个基本使用单元，多个基本使用单元拼装成建筑墙体，建筑墙体竖直插装在熔岩管的洞口；每个基本使用单元均包括多个杆件基本单元和多个贴附面板，多个杆件基本单元组装成正方体使用单元，正方体使用单元的六个端面上均安装有一个贴附面板；贴附面板为带交通功能的模块化面板和/或不带交通功能的模块化面板。

3、进一步地，杆件基本单元包括多个六向碳纤维连接件、多个碳纤维杆和多个模块化面板，六向碳纤维连接件上开设有碳纤维杆插接口，四个六向碳纤维连接件呈矩形阵列的方式的布置，相邻两个六向碳纤维连接件之间通过一个碳纤维杆连接，模块化面板的四角分别滑动插装在碳纤维杆上，组成一个基本板面，六个基本板面组成一个正方体的杆件基本单元。

4、进一步地，碳纤维杆插接口为矩形插接口，碳纤维杆的碳纤维杆端头插装在碳纤维杆插接口内。

5、进一步地，碳纤维杆为长方体纤维杆，碳纤维杆在长度方向的四个端面上均开设有一个模块化面板插接槽口。

6、进一步地，模块化面板的四边边缘上均设有插接凸起，相邻两个插接凸起之间的顶角处加工有模块化面板切角。

7、进一步地，带交通功能的模块化面板包括两个碳纤维层、填充嵌层、碳纤维门板框架、碳纤维门板和双层玻璃窗，填充嵌层和碳纤维门板并排嵌装在碳纤维门板框架上，其中，碳纤维门板可开启安装在碳纤维门板框架上，双层玻璃窗安装在碳纤维门板上，两个碳纤维层分别安装在碳纤维门板框架的左右两侧。

8、进一步地，不带交通功能的模块化面板包括两个碳纤维层、填充嵌层和碳纤维面板框架，填充嵌层内嵌在碳纤维面板框架上，两个碳纤维层安装在碳纤维面板框架的左右两侧。

9、优选地，填充嵌层为连续氧化铝纤维层、聚酰亚胺薄膜层与铝箔复合材料层叠合而成。

10、更进一步地，它还包括太阳能电池板，建筑墙体的一侧侧面上安装有太阳能电池板19。

11、本发明还提供了一种基于装配式模块的月球熔岩管建筑结构体系的建造方法，它包括以下步骤：

12、步骤一：预制建筑结构的模块化单元组件；

13、在地面上预制六向碳纤维连接件、碳纤维杆和模块化面板，贴附面板包括带交通功能的模块化面板和不带交通功能的模块化面板；

14、步骤二：通过运载器将在地面预制完成的模块化单元组件运至月球并装配,其装配步骤为：

15、步骤二一：按照由下至上的顺序进行装配，先装配连接层，连接层的装配步骤为：

16、s211：装配出多个杆件体系，将相邻两个六向碳纤维连接件之间通过碳纤维杆连接；

17、s212：相邻两个杆件体系之间通过模块化面板连接；

18、s213：重复步骤s211和步骤s213，直到装配出长方形的连接层底面为止；

19、步骤二二：装配支撑层；

20、将贴附面板滑动插装在连接层上的杆件体系的碳纤维杆上，形成由面板支撑的支撑层，其中，支撑层中的贴附面板为带交通功能的模块化面板和/或不带交通功能的模块化面板；

21、步骤二三：支撑层上部装配有连接层，连接层上部再装配有支撑层，以此往复，直至装配成建筑墙体为止；

22、步骤三：将太阳能电池板安装至月球建筑模块朝向熔岩管洞口一面的建筑墙体上，从而完成基于装配式模块的月球熔岩管建筑结构体系的建造。

23、本发明与现有技术相比具有以下效果：

24、1、本发明中的基于装配式模块的月球熔岩管建筑结构体系主要采用的材料是轻质高强的碳纤维材料，在微重力条件下的月球环境中具有良好的结构强度，同时较低的质量大幅减少了运输的费用。

25、2、本发明采用基于装配式的结构模块，具有较强的灵活性和适应性，具体包括：4m×4m基本使用单元模块，能够根据需要进行定制，使得基地的功能和规模可以根据任务的需求进行调整和扩展，以匹配不同的任务和环境。此外，可以满足在微重力环境下竖向空间的建造要求。

26、3、本发明的模块尺度充分考虑了月球微重力环境下人的使用需求与活动特征，有助于创建通用性更强的基本功能单元，能够满足宇航员在执行复杂月球探索任务时多元的空间需求。

27、4、本发明采用轻质高强的碳纤维材料，其具有良好的结构强度，同时较低的质量体积比大幅减少了运输的费用。本发明中的装配式模块面板内嵌了连续氧化铝纤维层、聚酰亚胺薄膜层与铝箔复合材料层，在轻质、可装配的基础上具有保温、防辐射等功能，能够有效应对月球表面强辐射、大温差等不利环境。

28、5、本发明依托熔岩管天然掩蔽环境，能够使建筑在一定程度上避免太空陨石和微粒子的直接撞击的威胁，对于实现在月球表面持续进行昼夜研究、长期数据采集和实验的目标至关重要。本发明提出了有别于地球、月表与月坑既有建筑结构体系的基于装配式模块的月球熔岩管建筑结构体系，以实现必要安全防护下的高效、低成本与快速建造。