Российские исследователи создали и испытали методику изготовления мелких элементов из лунного реголита. Технология была опробована на аналоге лунного грунта, который изготовлен из золы и пепла вулкана Толбачик. Предложенный подход основывается на лазерном спекании частиц. Эта методика позволит изготавливать необходимые детали для лунной техники непосредственно на спутнике Земли, что существенно сократит расходы на космические миссии. Специалисты считают, что данная технология станет востребованной, когда на Луне будет развита энергетическая инфраструктура.
Процесс создания имитатора лунного грунтаРоссийские специалисты протестировали технологию изготовления компонентов из аналога лунного грунта, что может стать ключевым способом строительства инфраструктуры непосредственно на спутнике Земли. Об этом сообщили в пресс-службе Минобрнауки РФ. В исследовании участвовали сотрудники Института геохимии и аналитической химии имени В.И. Вернадского (ГЕОХИ) РАН и Научно-исследовательского института перспективных материалов и технологий.
По словам экспертов, для создания материала был применен имитатор лунного грунта VI-T. Он изготовлен из пепла и золы вулкана Толбачик на Камчатке и предназначен для использования в технологиях 3D-печати.
— Вулканический пепел — это самая близкая к лунному реголиту по минеральному и химическому составу земная порода. Породы Толбачика характеризуются низким уровнем выветрелости, их легко добывать и транспортировать. Кроме того, в материале присутствует аморфная (некристаллическая) фаза, чего нет во всех других имитаторах, — рассказал «Известиям» младший научный сотрудник лаборатории геохимии Луны и планет ГЕОХИ РАН Иван Агапкин.
Он отметил, что лунный грунт на поверхности спутника Земли подразделяется на два главных типа в зависимости от области расположения: темные породы лунных «морей» и светлые сорта материковых районов. На практике в большинстве зон встречается смешанный реголит, что подтверждается анализом образцов, доставленных экспедициями «Аполлон-11», «Луна-16» и «Чанъэ-6». Пепел Толбачика соответствует этому промежуточному составу.
Какие компоненты для лунной техники можно изготовить— Образец изготавливали методом лазерного спекания, при котором мощный и узкий лазерный луч спекает частички исходного материала. В ходе эксперимента получился экземпляр размером 5 мм на 15 мм с достаточной твердостью для эксплуатации на Луне, — сообщил Иван Агапкин.
По его словам, методика дает возможность быстро создавать небольшие изделия сложной формы, например винты, болты, кольца и другие мелкие конструкции. Однако данный способ требует большого потребления энергии, поэтому он приобретет востребованность только тогда, когда на Луне будет развита энергетическая база, например, при запуске российской ядерной электростанции.
В начальный период на спутнике Земли будут использовать более экономичные технологии обработки материалов, предположил ученый. Так, в экспедиции «Чанъэ-8» протестируют спекание реголита с использованием концентрированного солнечного света непосредственно на поверхности Луны. Для этого инженеры создали специальные устройства, которые фокусируют лучи на участках грунта, чтобы расплавлять и спекают их в твердые кирпичи или плиты.
Аппарат «Чанъэ-8» отправится на Луну в 2028 году с целью отработать технологии для будущей автономной лунной исследовательской базы.
Значение наземных испытаний для экономии ресурсов— Испытания техники на Земле позволяют минимизировать риски и сохранить значительные ресурсы. Раньше, когда точный состав лунного грунта был неизвестен, проектировщики не могли однозначно рассчитать посадочные модули — надо было ли рассчитывать на мягкую или твердую поверхность. Это вызывало много неопределенностей, — отметил заведующий кафедрой инжиниринга технологического оборудования Университета МИСИС, генеральный директор конструкторского бюро «Карфидов Лаб» Алексей Карфидов.
Он добавил, что лазерная обработка в сочетании с 3D-печатью представляет собой перспективное направление, открывающее возможности по созданию новых материалов с улучшенными характеристиками.
— Основное преимущество лазерного спекания на Луне — возможность применения местного сырья, что значительно снизит стоимость миссий. Технология позволяет изготавливать прочные конструкции с высокой точностью и легко автоматизируется. Отсутствие атмосферы на спутнике предотвращает рассеивание лазерных лучей, поэтому детали будут производиться с повышенной точностью, — рассказал доцент кафедры строительства и объектов тепловой и атомной энергетики НИУ МГСУ Вячеслав Белов.
Вместе с тем у метода есть недостатки: высокое энергопотребление, сложность механизмов и их уязвимость к воздействию лунной пыли, резким перепадам температуры и радиации, подчеркнул эксперт. Также дополнительным вызовом является подготовка реголита, так как перед применением нужно получить частицы определенного размера.
— Помимо лазерного спекания существуют и другие методы, пригодные для лунных условий. Один из самых простых — это наполнение прочных тканевых мешков реголитом и последующая кладка их роботами в виде стен или плоских поверхностей. Этот способ прост и надежен, хотя мешки нужно предварительно доставить с Земли, — рассказал техник Лаборатории исследований и испытаний строительных материалов, изделий и конструкций НИИСФ РААСН Владислав Флоренский.
Также смешивание лунного грунта с цементом требует меньше энергии, чем спекание, однако в этом случае связующее все равно придется доставлять с Земли. Еще один вариант — строительство баз в естественных подземных пространствах, таких как пещеры или лавовые трубы, добавил специалист. Недостатком такого способа является необходимость сложных разведывательных и укрепительных работ.
— Лунная поверхность — это агрессивная среда, поэтому для ее освоения нужны системы защиты и жизнеобеспечения. При этом доставка материалов с Земли обходится очень дорого. Проще привезти оборудование и создавать объекты прямо на месте с использованием роботов и аддитивных технологий, — объяснил директор НПО «Андроидная техника» Евгений Дудоров.
Он подчеркнул, что перед отправкой человека на Луну необходимо отработать технологии на Земле. По его мнению, часть этого можно сделать с помощью цифрового моделирования, но практика доказывает, что реальные условия намного сложнее. Поэтому нужны аналоги лунных материалов, максимально похожие по своим физическим и техническим характеристикам.