Использование местных ресурсов на Луне является ключевым фактором для долгосрочного присутствия человека в космосе. Традиционная доставка строительных материалов с Земли обходится слишком дорого, поэтому ученые сосредоточились на технологии послойного наплавления реголита. Работа опубликована в журнале Acta Astronautica.
Из лунного грунта с помощью лазерной 3D-печати можно строить целые колонии
Ученые из Университета Огайо разработали метод лазерной 3D-печати объектов из имитации лунного реголита. Исследование показало, что плавление слоев пыли позволяет создавать термостойкие и сверхпрочные детали, необходимые для строительства автономных баз и инструментов в рамках миссий.
«Подвези немного реголита». Pixabay/CC0 Public Domain
Лунный реголит. Реголит — это не просто песок, а острые, абразивные частицы, возникшие за миллиарды лет метеоритных ударов. При лазерном плавлении важно учитывать тепловое расширение: если материал остывает неравномерно, в нем возникают трещины. Но ученым удалось решить эту проблему.
В ходе экспериментов исследователи применяли имитатор LHS-1, который по своему составу и свойствам повторяет грунт лунных нагорий, насыщенный базальтовыми породами. Процесс лазерной печати позволил превратить рыхлую пыль в твердые структуры, способные выдерживать экстремальные перепады температур и механические нагрузки.
Отпечаток ботинка Базза Олдрина на лунном реголите был оставлен во время миссии «Аполлон-11» в 1969 году.
Но успех производства сильно зависит от подложки, на которую наносится материал. Оказалось, что реголит плохо держится на стали или стекле, но идеально сцепляется с алюмосиликатной керамикой, формируя единую кристаллическую решетку.
Качество печати также определяется внешними условиями, такими как мощность лазера, скорость процесса и наличие кислорода. Эти параметры критически важны для обеспечения стабильности конструкций в условиях вакуума. Соавтор работы Сара Вольфф подчеркивает важность адаптации технологий к суровым условиям Луны: «В условиях дефицита ресурсов необходимо приложить все усилия, чтобы максимизировать гибкость оборудования для различных сценариев». Ученые уверены, что в будущем подобные принтеры смогут работать на солнечной энергии. Это позволит астронавтам быть полностью независимыми от земных поставок при возведении жилых модулей.
Художественное изображение будущих астронавтов, работающих с лунными строительными инструментами на Луне.
Перспективы земного и космического производства
Развитие систем аддитивного производства в космосе имеет значение не только для освоения Луны или Марса. Технологии, позволяющие создавать сложные объекты при минимальных затратах внешних ресурсов, могут быть крайне полезны и на нашей планете.
Глубокое понимание процессов плавления и кристаллизации материалов в специфических средах открывает новые пути к устойчивому развитию и преодолению дефицита сырья на Земле. Как отмечает Сара Вольфф, если человечество научится успешно производить вещи в космосе с использованием ограниченного набора инструментов, это поможет достичь гораздо большей экологичности и эффективности и на Земле.
Отработка методов печати из реголита — это лишь первый шаг к созданию универсальных машин, способных превращать любую доступную среду в надежную инфраструктуру для жизни.