[发明专利]太空魔方充气居住屋

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的太空居住屋的制造方法，特别是以魔方型(或蜂窝型)软式充气结构为其特点。 

背景技术

目前人类探索太空主要主要面临的问题是太空的严酷环境和无比的浩瀚。人类的探索仅限于利用机器人到远太空探索。而载人航天探索，至今仍局限在近地轨道。最远的也就是到了月球作短期停留。由于载人航天首先要解决人类在太空正常生活的基本条件，其中最重要的是吃和住的问题。至今载人航天的居住屋，大部分是金属圆柱形筒体结构的，它的特点是结构厚实坚固，这是为了抵御太空的恶劣环境，主要包括太空的强辐射，真空，巨大温差(约为±120℃)，和低概率太空微流星和垃圾碎片的袭击。无论空间站，载人飞行器，或星球居住舱都是这一类的金属筒体结构的居住舱，它的筒壁很厚，筒体很重。无疑它的发射成本很高。至今为止的空间站都是由多个金属筒体结构对接组成。一个空间站的建设，至少要经历许多次发射各个筒体，在太空逐个拼装，前后要消耗10多年的时间。所以至今的载人航天事业只能停留在国家层面(甚至多国联合)投资的高消耗水平，很难市场化。 

近年来，以美国为首的国家，开始允许民营企业进入太空探索：例如Elon Musk的太空探测技术公司(Space Exploration Technology Corp)已经成功地承担了美国空间站的货运任务，它的火箭发射成本大大低于航天飞机和俄罗斯的货运飞船的成本；毕格罗航空航天私人公司(Bigelow Aerospace)和太空探险公司(Space Adventures，Ltd.)在追求太空旅馆旅游项目；深空工业公司(Deep Space Industries，Inc)正计划在小行星采矿和建立太空工业等。 

为降低发射和营运成本，美国的民用企业开始采用非金属的太空充气屋(SIHM)的技术，它是一个能在外太空保障生命的加压结构，它由可折叠的高强度碳纤维织物，气密膜加隔热层叠加而成的很厚壳体。发射时，泄气的SIHM能提供一个更紧凑的外形。发射后能在目标轨道就地充气，使其内部体积大为增加。在太空技术中，用此一方法使一定质量的壳体能获得更大体积的生活空间。与目前的金属结构的太空屋和空间站比，它更容易发射和就地制造，因此成本相对要低。 

第一个SIHM的认真设计是由固特异公司在1961年提出，主要用在空间站的制作上。另一个SIHM是由美国国家航空航天局为国际空间站设计的名为TransHab，该设计后来被美国毕格罗航空航天私人公司(Bigelow Aerosnace)购买接手并重新设计，成为毕格罗BA330系列，它的重量为20吨，壳体厚度46厘米，直径6.7米，长度9.5米，内部容积为330米³，载6位航天员。美国宇航局已与该公司签约，将BA330用作未来太空开发的居住舱，并计划在2014-2015年发射。该公司也期望用此系列开发民用和商业用途，除了建空间站作为太空研究外，还想用它开发太空旅馆旅游，和未来作月球，火星或更遥远的载人居住舱。但目前设计的SIHM都保持了原有筒体结构，仍具有厚重的单壳。以毕格罗BA330系列为例，它保持了原来TransHab壳体的设计，其壳体由24-36层保护层(抗辐射，抗温差，抗弹道袭击三种保护层)叠加而成，厚达46厘米，摸上去像混凝土一样。这样坚固的外壳是为了抵抗来自太空碎片的袭击，和太空辐射和极端的温度的威胁，为太空屋内的宇航员，太空设备和物资，甚至太空垃圾都提供最好的保护。但是由于其制造和发射成本太高，很难广泛使用。追求一个更轻、成本更低和更安全SIHM，是目前载人太空探索的一项重要而紧迫的任务。 

发明内容：

本发明涉及一种太空魔方型或蜂窝型相阵排列的软式充气居住屋的制造方法，它由一个多阶或高阶的充气小屋群体组成，这些充气屋具备统一的或不统一的形状和大小。整个充气屋的小屋墙面壳体由1层或多层高强度气密膜组成，它类似于太空服的材料，所以它特别轻巧；与厚重坚强的单壳太空屋只能靠其壳体保护相比，这类太空魔方充气屋群体SIMCH(Space Inflatable Magic Cube Habitat)主要依靠外围的小屋为内部的小屋提供多级的屏蔽和保护，这类屏蔽和保护主要依靠外围小屋的墙壁，屋内空气和所有的货物/材料等。而人类生活/工作的中央小屋将会得到最好的屏蔽和保护。其他外围小屋将根据其受保护的不同要求来安排其用途。更高阶的群体将提供更安全的屏蔽和保护。由这种梯度保护的设计产生了轻巧便宜和安全性高的SIHM。它与当前单个桶体仅依靠其厚重壳体来提供保护，有本质的区别。