Научно-популярно о космосе и астрономии (lozga) wrote,
Научно-популярно о космосе и астрономии
lozga

Categories:

Лунные кирпичи из солнечной печи

До возвращения человека на Луну остаются в лучшем случае годы - первый пилотируемый полет к лунной орбитальной станции Lunar Orbital Platform-Gateway ожидается не раньше середины 2020-х, а даже примерные сроки строительства лунной базы пока неизвестны. Тем не менее, разрабатывать технологии, которые потребуются нам на Луне, нужно уже сейчас, потому что они не могут достигнуть зрелости мгновенно. И одно из мест разработки таких технологий - подразделение Spaceship EAC в центре подготовки астронавтов Европейского космического агентства, Кёльн, Германия. В течение уже нескольких лет там исследуют возможность получения строительного материала из лунного реголита, запекая вулканические породы в гибриде 3D-принтера и солнечной печи, и не только.

01.jpeg
3D-печать защитного купола лунной базы в представлении Европейского космического агентства

Проблемы и идеи


Поверхность Луны - негостеприимное место. Без атмосферы даже маленький метеор становится опасным, в условиях отсутствия магнитного поля ничто не останавливает солнечное излучение. Даже температура бросает вызов технике, потому что днем поверхность нагревается до +127°С, а ночью остывает до -173°С. Нужна какая-то защита. Но везти ее с собой с Земли очень дорого, поэтому, например, в исторических проектах лунных баз часто предлагалось закопать их поглубже. Сейчас у Европейского космического агентства другой подход, изложенный в концептуальном ролике 2014 года.



Самоходный бульдозер с 3D-принтером должен будет сгребать отвалом реголит и затем формировать купол по принципу птичьей кости - c твердыми элементами конструкции, держащими нагрузку, и большими объемами, заполненными рыхлым реголитом, между ними. Концепт создали не на пустом месте, в 2013 году при помощи 3D-принтера произвели полторы тонны стены из имитатора лунного грунта.

02.jpeg
Фото ЕКА

Первоначально, судя по концепту, на 3D-принтере был бак с реагентом, и формирование твердых частей должно было происходить химическим способом. Но рассматриваются также и другие варианты.

С пылу с жару


Раз Солнце так сильно нагревает лунную поверхность, то его световую энергию можно использовать напрямую, без преобразования в электричество и обратно в тепло.

03.jpeg

На фотографии - солнечная печь Немецкого аэрокосмического центра в Кёльне. 147 поворачивающихся зеркал обеспечивают температуру до 2500°С и плотность энергии до 5 Мегаватт на квадратный метр. Поскольку в Европе не всегда солнечно, у печи есть дублирующий источник света из ксеноновых ламп. В 2017 эту печь соединили с 3D-принтером, печатающим имитатором лунного реголита.



Принтер печатал слоями по 0,1 мм и нагревал имитатор реголита до 1000°С. На кирпич 20х10х3 см ушло примерно пять часов, и полученный материал имел твердость гипса.

04.jpeg
Вид сверху, фото ЕКА

05.jpeg
Вид сбоку

Полученные кирпичи далеко не идеальны - видна слоистость, по краям заметен изгиб (варпинг), да и твердость не такая уж большая. Но инженеры полны оптимизма - на уровне экспериментальной проверки концепции задача решена, а с нарушениями геометрии можно бороться изменением скорости печати.

В августе 2017 на имитаторе лунного реголита и обычном песке был успешно испытан концепт подвижной печатающей головки, не требующей отдельного здания солнечной печи.



Проект RegoLight, в рамках которого разрабатывалась эта головка, был начат в 2015 и закончен в 2017, но в целом работа, конечно же не остановилась.

Хороший имитатор


Как уже было сказано, эксперименты по строительству из местных ресурсов проводились на имитаторе лунного грунта. Что это такое? И на Земле и на Луне можно найти породы вулканического происхождения. На Луне они разрушаются под воздействием перепадов температуры, солнечных и космических лучей, а также ударов метеоритов. В результате получается пылеватый песок, который называют реголитом. А около Кёльна 45 миллионов лет назад были вулканические извержения, выбросившие базальты, весьма похожие на аналогичные породы с Луны. Нужно только размолоть их в пыль требуемого размера. Под названием EAC-1 они используются как имитатор лунного грунта в Spaceship EAC.



Конечно, породы на Земле и на Луне находились в разных условиях, и, например, воздействие кислорода не могло не оставить свой след. Случайно выбранные камни дадут только грубое подобие, и нужно исследовать как лунные, так и в земные породы, чтобы повышать качество имитатора. Например, лунная пыль имеет электрический заряд. Для воспроизведения подобных свойств имитатора частицы размололи еще сильнее, получили близкие электростатические свойства, но потеряли свойства поверхности, так что работы надо продолжать.

Еще одним свойством реголита является его крайне высокая абразивность. В отличие от земных условий, на Луне не было процессов эрозии, которые бы сгладили поверхность, и настоящая лунная песчинка выглядит примерно так.

06.jpeg
Фото ЕКА

Такие острые и маленькие частички опасны не только для техники, но и для людей - все 12 астронавтов, ходивших по поверхности Луны, отмечали "лунную аллергию" - боль в горле, глазах, насморк, чихание, которые проходили спустя несколько дней. Но для людей, которые будут работать на поверхности неделями и месяцами, абразивная пыль может представлять прямую угрозу здоровью, повреждая клетки легких и, распространяясь по организму, даже мозга. И здесь имитатор тоже пока что плохо справляется - механическое измельчение вулканических пород формирует песок со шлифованной поверхностью, нужно улучшать методы производства имитатора.

Но у лунного реголита есть и потенциально полезные свойства. Например, он содержит до 40% кислорода, который теоретически можно добывать и использовать. В целом, никакое долговременное поселение на Луне (или Марсе, неважно), не может обойтись без использования местных ресурсов. И студенты, работающие сейчас в Spaceship EAC, вполне могут увидеть реализацию на серьезном уровне технологий, которым дали начало ведущиеся сейчас эксперименты.




В качестве эксперимента запущены пуш-уведомления. Нажмите эту кнопку, и вам будет приходить сообщение, когда выйдет мой новый пост.


Я в социальных сетях:
Вконтакте, Facebook, Twitter, Instagram, YouTube

attentioneer.jpg
Tags: освоение Луны
Subscribe

Posts from This Journal “освоение Луны” Tag

  • Первая и двадцать пятая

    Самое близкое к нам и вроде бы отлично исследованное небесное тело, Луна, до сих пор вызывает серьезный научный интерес. Как на полюсах появился…

  • Задачи для лунной базы

    В предыдущем материале мы рассказали о том, как NASA собирается строить станцию Gateway на орбите Луны, и какие функции она сможет выполнять. В…

  • Станция Gateway: переход на лунную линию, выход к марсианскому вокзалу

    Споры о том, как сейчас лучше вести экспансию в космос, скорее всего, не утихнут даже когда человечество освоит солнечную систему, а переместятся в…

  • Проекты лунных баз: вчера и сегодня

    В 1976 году с поверхности Луны стартовала возвращаемая капсула советского космического зонда "Луна-24". Она успешно прилетит на Землю, в 1978 году…

  • Проекты лунных баз: история

    Допустим, вы согласились с аргументами за освоение Луны. Вы знаете наиболее подходящие места для лунной базы. Следующий этап - посмотреть, какие…

  • Интересные лунные места и задачи

    Луна и Марс соперничают за место самого перспективного космического тела для пилотируемых миссий в XXI веке. В предыдущей публикации я приводил…

promo lozga ноябрь 4, 2014 17:00
Buy for 50 tokens
Привет! Добро пожаловать в блог, посвященный популяризации космонавтики, астрономии, и, шире, науки и прогресса человечества. Если вы зашли ко мне впервые, рекомендую почитать длинные серии постов по тегам: Серия "Незаметные сложности космической техники". Рассказы о том, как и почему ракеты и…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 117 comments