С помощью технологий трёхмерной печати исследователи сумели, используя солёную воду в качестве связующего компонента, сцементировать лунный реголит и получить кирпичи — прочные строительные блоки, которые способны выдерживать экстремальные условия в космическом пространстве и могут стать материалом для строительства лунных поселений.
Использование местных ресурсов для строительства на космических телах может значительно уменьшить потребность в доставке материалов с Земли. В частности, такое направление актуально для разворачивающейся сейчас программы «Артемида» — возвращения человека на Луну и постройки лунной станции. Жилой модуль и другие конструкции на такой станции в принципе можно изготовить из кирпичей, сделанных из лунного грунта — реголита. Осталось найти способ надёжно сцементировать реголит, добившись прочности хотя бы на уровне обычных кирпичей.
Исследователи отдела машиностроения и аэрокосмической техники UCF (университет Центральной Флориды) добились успеха в этом направлении, получив достаточно прочные блоки из имитатора реголита при помощи современных технологий аддитивного производства и трёхмерной печати. Изделия могут выдерживать не только высокое давление, но и специфические неблагоприятные условия вне Земли (то есть перепады температур, излучение и т.д.), что важно для космических конструкционных материалов. Статья по результатам экспериментов с реголитом вышла в августе 2022 года в Ceramics International.
Для изготовления кирпичей исследователи сочетали технологии трёхмерной печати и струйную печать связующим веществом, или BJT (binder jet technology) — разновидность аддитивной печати, в которой используется жидкий связующий компонент. С его помощью последовательно запрессовываются слои порошковой основы. Связующей жидкостью в экспериментах служила солёная вода, а порошок, то есть собственно строительный материал — реголит. Вернее, использовались имитации лунного и марсианского реголита, которые изготавливают некоторые лаборатории для разнообразных экспериментов. В данном случае реголит изготовила Лаборатория экзолитов при UCF.
Процесс BJT — единственная подходящая технология для керамических и похожих на них по свойствам материалов, которые трудно расплавить при помощи лазерного луча. Поэтому, возможно, именно она окажется нужным решением для построек вне Земли. При помощи BJT из реголита сначала изготовили «сырые» цилиндрические блоки, в которых материал был ещё слабо сцементирован. Затем нагревом при высокой температуре их удалось превратить в более прочные детали — как и происходит с обычными кирпичами при обжиге. Блоки, отожжённые при более низких температурах, оказались непрочными и легче рассыпались; но после нагрева до 1200 °C «кирпичи» выдерживали давление до 250 миллионов атмосфер.
Печать со связующим веществом, то есть способ аддитивной печати BJT — одна из распространённых сегодня технологий, которые используются для создания в том числе и строительных материалов (пока что на Земле). Эксперимент показывает, что она является неплохим кандидатом и для лунной или марсианской станции. Итак, кирпичи изготовить из подручных материалов на Луне в принципе можно. С наличием реголита проблем нет, сложности возникнут с солёной водой, ну и, конечно, энергией для обеспечения такого футуристического проекта.
Автор — Сергей Шапиро, XX2 ВЕК.
Источники: https://www.ucf.edu/news/ucf-researchers-create-lunar-regolith-bricks-that-could-be-used-to-construct-artemis-base-camp, https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0272884222027560, https://stars.library.ucf.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=7165&context=etd, https://mae.ucf.edu/.
✳ Друзья! Если вам нравится то, что мы делаем, вы очень поможете нам, подписавшись на канал «XX2 век». Также мы будем рады вашим лайкам и репостам на «Дзене» и в других соцсетях и подпискам на Sponsr.ru или Boosty. Поддержите распространение научного знания, научного взгляда на мир и информации о технологиях и о том, куда движется человечество.