Создание дорог на Луне путем плавления реголита лазерами
Столкнувшись с проблемами освоения Луны, исследователи рассматривают методы лазерного плавления реголита. Цель состоит в том, чтобы расплавить этот слой лунной пыли/песка и создать прочную инфраструктуру, обеспечивающую оптимальную поверхность для лунных аппаратов. Такой подход может также снизить зависимость от земных материалов, облегчить длительные полеты и минимизировать риски, связанные с лунной пылью для оборудования и космонавтов.
Лунная пыль, или реголит, с ее мелкими заряженными частицами представляет собой серьезную проблему для лунных миссий, поскольку она может повредить оборудование и даже представлять опасность для здоровья космонавтов. Стремясь снизить эти риски и оптимизировать работу миссий, ученые ищут способы превратить эту проблему в возможность, в том числе использовать сам реголит в качестве строительного материала для лунной инфраструктуры.
Именно в этом контексте эксперимент, проведенный в рамках проекта PAVER Европейского космического агентства (ESA), позволил проверить инновационное решение: использование лазеров для расплавления лунного реголита с целью создания твердых инфраструктур, таких как дороги и посадочные платформы, непосредственно на Луне. Работа команды опубликована в журнале .
Лазерные технологии на службе строительства
В проекте PAVER используется CO2-лазер - тип лазера, способный создавать высококонцентрированный луч для плавления реголита. В рамках эксперимента в лабораторных условиях был расплавлен материал, имитирующий реголит (EAC-1A). Целью эксперимента было создание твердых образцов, которые не только продемонстрировали бы возможность строительства из реголита, но и исследовали бы свойства и долговечность полученного материала.
Авторы экспериментировали с лазерными лучами различной мощности и размеров (до 12 кВт и диаметром 100 мм соответственно), чтобы создать прочный материал, но обнаружили, что пересечение или перекрытие траектории лазерного луча приводит к образованию трещин. Они разработали стратегию с использованием лазерного луча диаметром 45 мм для получения треугольных геометрических форм с полыми центрами диаметром около 250 мм.
Взаимосвязь деталей, получаемых этим методом (например, прямоугольных брусчаток), очень важна по нескольким причинам. Во-первых, это обеспечивает структурную стабильность, позволяя укладчикам плотно прилегать друг к другу и выдерживать такие лунные условия, как резкие перепады температур и удары микрометеоритов. Во-вторых, это позволяет гибко подходить к проектированию инфраструктуры, поскольку укладчики можно располагать по-разному, создавая различные формы и структуры.
Основное значение этого метода заключается в потенциальном снижении проблем, связанных с лунной пылью, которая не только вызывает раздражение у космонавтов, но и представляет опасность для оборудования из-за своей способности прилипать к поверхностям и повреждать их. Превращение реголита в твердую брусчатку позволяет удерживать и стабилизировать пыль, сводя к минимуму ее присутствие в близлежащей лунной среде.
Лунные дороги из реголита
Рост активности человека на Луне, символизируемый такими инициативами, как программа NASA Артемида и китайские лунные проекты, подчеркивает настоятельную необходимость создания надежной инфраструктуры для поддержки как краткосрочных миссий, так и долгосрочных колоний. Цель программы Артемида — не только высадить "первую женщину и следующего мужчину" на Луну к 2025 году, но и обеспечить устойчивое присутствие человека на Луне к концу десятилетия. Аналогичным образом Китай выразил амбиции по созданию международной научно-исследовательской станции в 2030-х годах.
На этом фоне новая брусчатка представляет собой потенциальное решение для создания надежной и устойчивой инфраструктуры. Их можно использовать для строительства дорог, облегчающих передвижение транспорта и космонавтов по лунной поверхности. Кроме того, они могут быть использованы для создания посадочных платформ, обеспечивающих устойчивые и безопасные площадки для посадки и взлета космических аппаратов.
Кроме того, использование реголита в качестве основного строительного материала позволит существенно снизить необходимость транспортировки материалов с Земли. Космические перевозки чрезвычайно дороги и сложны, а стоимость отправки в космос всего 0,45 кг полезной нагрузки оценивается примерно в 10 000 долларов.
Для воспроизведения этого метода производства на Луне, по расчетам авторов, вместо лазера можно использовать линзу площадью около 2,37 кв. м (для концентрации солнечного света). Относительно небольшие размеры необходимого оборудования станут преимуществом для будущих лунных миссий.
Дальнейшие шаги и проблемы
Несмотря на многообещающие результаты, проблемы остаются. Брусчатка, несмотря на свою прочность, была склонна к разрушению, что связано с микроскопическими дефектами, выявленными в ходе анализа. Поэтому повышение прочности материала является важнейшим следующим шагом. Кроме того, необходимы дальнейшие испытания в условиях, аналогичных условиям на Луне, в частности по гравитации и атмосфере, чтобы полностью подтвердить пригодность данной технологии для использования в реальных условиях.
Поэтому повышение прочности материала станет приоритетной задачей на последующих этапах исследований. Это может быть связано с изменением параметров лазерного излучения, таких как мощность и время воздействия, или с изучением различных технологий плавления и охлаждения для минимизации образования дефектов в брусчатке. В будущем можно будет также изучить возможность добавления армирующих материалов или адаптации методов производства для повышения прочности получаемой брусчатки.
ВИДЕО: Демонстрация использования лазеров для производства брусчатки из реголита