Produkcja największych na świecie jednorodnych, spiekanych mikrofalowo cegieł imitujących regolit księżycowy.
Odkrycie księżycowych zasobów energii i wysokie koszty transportu doprowadziły do innowacji w wykorzystaniu księżycowego regolitu w budownictwie. Koreański Instytut opracował metodę wytwarzania mocnych, jednorodnych materiałów budowlanych przy użyciu spiekania mikrofalowego, co mogłoby znacznie obniżyć koszty rozwoju infrastruktury księżycowej.
Zasoby księżycowe i misja Artemis
Niedawne odkrycie przez Księżyc zasobów energii, takich jak lód wodny, ponownie skupiło zainteresowanie na jego potencjale jako zrównoważonego centrum eksploracji kosmosu. NASA ogłosiła także misję Artemis, której celem jest długoterminowa obecność człowieka na powierzchni Księżyca. Jednakże rozwój infrastruktury, np. budowa bazy księżycowej, odgrywa kluczową rolę.
Jednak transport materiałów budowlanych z Ziemi na powierzchnię Księżyca za pomocą lądowników wiąże się ze znacznymi kosztami wynoszącymi 1,2 mln dolarów za kilogram. Waga bezpośrednio przekłada się na koszt, przez co transport materiałów budowlanych z Ziemi na Księżyc jest prawie niemożliwy.
Innowacyjne technologie budownictwa księżycowego
Aby rozwiązać ten problem, Koreański Instytut Inżynierii Lądowej i Technologii Budowlanych (KICT, Prezydent Kim, Byung-Suk) opracował technologię produkcji materiałów budowlanych z wykorzystaniem zasobów księżyca znajdujących się na miejscu.
Najłatwiej dostępnym zasobem in situ na Księżycu jest regolit księżycowy, czyli gleba powierzchniowa Księżyca. Wykorzystanie regolitu księżycowego może prowadzić do oszczędności. Złożony z drobnych cząstek regolit księżycowy można spiekać pod wpływem ciepła. Jednakże w środowiskach kosmicznych kwestie efektywności energetycznej mają kluczowe znaczenie dla zastosowania ciepła. Mikrofale są szczególnie korzystne pod względem efektywności energetycznej.
Zespół badawczy (dr Jangguen, Lee, dr Young-Jae, Kim, dr Hyunwoo, Jin) kierowany przez dr Hyu-Sounga, Shina z działu badań nad przyszłością i inteligentnymi konstrukcjami KICT, wykorzystał spiekanie mikrofalowe do produkcji bloków z księżycowego regolitu poprzez ogrzewanie i zagęszczanie.
Zalety spiekania mikrofalowego w kosmosie
Podczas używania mikrofal do podgrzewania regolitu księżycowego mogą tworzyć się lokalne gorące i zimne punkty. Plamy te prowadzą do miejscowej ucieczki ciepła, utrudniając równomierne ogrzewanie i spiekanie. Aby rozwiązać ten problem, opracowano stopniowy program ogrzewania z określoną temperaturą i czasem przebywania. Dodatkowo regolit księżycowy zawiera substancje lotne, w tym wodę. Ogrzewanie tych lotnych materiałów może powodować wewnętrzne pęknięcia podczas spiekania. Zespół badawczy ograniczył powstawanie pęknięć, stosując podgrzany księżycowy płyn symulujący regolit w warunkach próżniowych w temperaturze 250°C.
W celu oceny kompletności bloczków spiekanych przeznaczonych na materiały budowlane, wyprodukowane bloczki poddano nawiercaniu rdzeniowemu w określonych miejscach. Średnia gęstość, porowatość i wytrzymałość na ściskanie próbek wierconych rdzeniowo wynosiły odpowiednio około 2,11 g/cm3, 29,23% i 13,66 MPa. Odpowiednie odchylenia standardowe wynosiły 0,03, 1,01 i 1,76, potwierdzając jednorodność spiekanych bloków.
KICT zabezpieczył technologię produkcji materiałów budowlanych z wykorzystaniem regolitu księżycowego. Planowana jest walidacja tej technologii w środowiskach kosmicznych. Weryfikując to w warunkach kosmicznych, możemy lepiej odpowiedzieć na rosnące zapotrzebowanie na technologię budownictwa kosmicznego.
Przyszłe perspektywy infrastruktury księżycowej
Dr Shin powiedział: „Wiele wcześniejszych badań konstrukcji kosmicznych związanych z technologią spiekania mikrofalowego zaowocowało małymi lub niejednorodnymi spiekanymi ciałami”. Następnie wyraził plany wykorzystania tej technologii do różnych celów związanych z budową infrastruktury na powierzchni Księżyca w przyszłości.
Odniesienie: „Zoptymalizowany proces produkcji jednorodnych bloków spiekanych mikrofalowo symulanta regolitu księżycowego KLS-1” autorstwa Hyunwoo Jin, Jangguen Lee, Li Zhuang, Sun Yeom, Hyu-Soung Shin i Young-Jae Kim, 30 marca 2024 r., Dziennik Inżynierii Budowlanej.
DOI: 10.1016/j.jobe.2024.109193
Badania do tej pracy wykonano w ramach Programu Badawczego KICT (nr projektu 20230081-001 i 20240184-001, Rozwój symulatora środowiska i zaawansowanych technologii budowlanych nad TRL6 w warunkach ekstremalnych) finansowanego przez Ministerstwo Nauki i ICT. Artykuł wyjaśniający wyniki tych badań ukazał się w najnowszym numerze Journal of Building Engineering, renomowanego międzynarodowego czasopisma z zakresu inżynierii lądowej (IF:6.4).
