Аннотация:
Исследовательская группа из Университета Арканзаса в США недавно продемонстрировала важный технологический прорыв для будущего поселения на Луне. Исследователи успешно использовали имитацию лунного грунта для непосредственного создания строительных модулей, похожих на строительные блоки, которые можно соединять вместе без добавления дополнительных связующих или других материалов. Это означает, что при строительстве баз на Луне в будущем астронавты смогут широко использовать местные ресурсы и снизить потребность в транспортировке строительных материалов с Земли.
Исследователи сравнивают эту идею с созданием гигантских моделей Lego. Разница в том, что строительные материалы больше не представляют собой пластиковые строительные блоки, а представляют собой взаимосвязанные модули, сделанные из лунного грунта, разбросанного по лунной поверхности. Эти модули можно соединять и объединять в более крупные конструкции, предоставляя новые возможности для строительства постоянных лунных баз в будущем.
В этом исследовании использовался коммерческий смоделированный лунный грунт под названием LHS-1, который был разработан на основе характеристик лунных образцов, доставленных миссией Аполлона на Луну. В отличие от земной почвы, лунная почва не содержит органических веществ. Вместо этого он состоит из острых частиц, образовавшихся после миллиардов лет столкновений с Луной астероидов, микрометеоритов и различного космического мусора.
Результаты исследования опубликованы в журнале «NPJ Advanced Manufacturing». Первым автором статьи является Коул МакКаллум, студент Университета Арканзаса, а автором-корреспондентом — Ван Шоу, доцент кафедры машиностроения.
В ходе эксперимента команда использовала технологию 3D-печати под названием «лазерный сплав порошка». Процесс начинается с нанесения тонкого слоя порошка на платформу, а затем использования источника света высокой энергии для нагрева определенных участков, заставляя частицы связываться друг с другом посредством спекания. Затем платформа опускается, укладывается новый слой порошка, и процесс повторяется, в конечном итоге слой за слоем выстраивая трехмерный объект.
Исследовательские группы ранее уже добивались 3D-печати лунного грунта, но обычно для повышения прочности конструкции требовалось добавление дополнительных связующих. Однако, если эти материалы будут использованы для лунного строительства в будущем, их все равно придется транспортировать с Земли, что увеличит стоимость и сложность миссии.
На этот раз команда из Университета Арканзаса впервые продемонстрировала, что имитацию лунного грунта можно напрямую спекать в реконфигурируемые строительные модули без использования каких-либо связующих, полагаясь только на относительно маломощный источник света. Как объясняют исследователи, частицы лунного грунта самосвязываются, а не полагаются на внешние материалы для завершения соединений.
Размер полученных в ходе эксперимента модулей составляет около нескольких сантиметров, а форма включает в себя крестообразные и Н-образные конструкции. Эти модули могут соединяться вместе, как блоки Lego, образуя более крупную строительную систему.
Однако исследователи также отметили, что эта технология еще далека от фактического использования в лунной технике. Результаты испытаний показывают, что внутренняя пористость модулей из чистого искусственного лунного грунта высока, а прочность конструкции все же слабее, чем у аналогичных изделий, изготовленных на связующих веществах.
МакКаллум сообщил, что изготавливаемая в настоящее время конструкция уже является самонесущей, однако на данном этапе нет никакой гарантии, что она сможет выдерживать более высокие нагрузки, поэтому она пока не пригодна для непосредственного использования в качестве несущего строительного материала.
Кроме того, команде необходимо дополнительно проверить эффективность этой технологии в реальных лунных условиях. Исследователи отметили, что низкая гравитация и вакуум на Луне могут повлиять на процесс печати, поэтому необходимы дополнительные эксперименты, чтобы понять осуществимость технологии в реальных условиях лунной поверхности. В то же время исследовательская группа также планирует улучшить свойства материала, чтобы повысить его механическую прочность и долговечность.
Несмотря на это, профессор Шоуван по-прежнему с оптимизмом смотрит в будущее технологий. Он полагает, что этот метод производства, не требующий дополнительных материалов, как ожидается, станет важной базовой технологией для строительства долговременных поселений на Луне в будущем, обеспечивая эффективные решения для производства строительных компонентов и инфраструктуры на Луне.
Для первого автора МакКаллума это исследование также стало важной отправной точкой в его научной исследовательской карьере. Родом из Литл-Рока, штат Арканзас, США, он поступил в лабораторию, чтобы участвовать в научных исследованиях, будучи студентом, и его профессора поощряли его проводить углубленные исследования в области аддитивного производства.
В мае этого года МакКаллум получил диплом по двойной специализации в области машиностроения и физики и выиграл первую «Стипендию Лафайета». Эта программа была создана в честь 250-летия основания Соединенных Штатов. Всего 30 студентов были отобраны из более чем 3400 претендентов на обучение в магистратуре во Франции.
В настоящее время он изучает аэрокосмическую технику в Высшей аэрокосмической школе в Тулузе, Франция. Хотя направление его исследований сместилось с аддитивного производства на аэрокосмическую область, он сказал, что его опыт участия в проекте модуля построения лунного грунта помог ему заранее накопить опыт научных исследований, а также сделал его более спокойным, когда он сталкивался с экспериментальными неудачами и исследовательскими проблемами.
Исследовательская группа полагает, что по мере дальнейшего совершенствования производственного процесса и характеристик материалов идея использования местных ресурсов на Луне для непосредственного производства строительных компонентов, как ожидается, перейдет из лаборатории в реальность, открывая людям путь к созданию постоянной лунной базы в будущем.
Комментарии