Jak wynika z nowego badania, przyszli astronauci mogliby brukować drogi, platformy startowe i inną infrastrukturę na Księżycu, topiąc pył księżycowy za pomocą skupionego laserowego światła słonecznego, aby wyprodukować solidne podłoże.
Naukowcy przetestowali tą technologię w laboratorium, niszcząc sztuczny pył księżycowy, znany jako płyn symulujący laserem zaprojektowanym tak, aby imitować światło słoneczne, w wyniku czego powstała nowa klasa powiązanych ze sobą trójkątnych struktur. Takie podejście mogłoby pomóc w zmniejszeniu zagrożeń, jakie dla astronautów i sprzętu stwarzają niebezpieczne cząstki pyłu księżycowego, jednocześnie minimalizując ilość materiałów produkcyjnych, które musiałyby być transportowane z ziemii.
Księżyc będzie wkrótce znacznie bardziej zajęty, ponieważ wiele misji z całego świata przygotowuje się do nowej eksplozji eksploracji księżyca. Celem kierowanego przez NASA programu Artemis jest powrót astronautów na powierzchnię księżyca w ciągu dziesięciu lat, a Chiny formalizują własne plany dotyczące załogowego lądowania na księżycu. W międzyczasie wiele innych krajów i prywatnych firm pracuje nad umieszczeniem robotów na księżycu w nadchodzących latach. Indie stały się niedawno czwartym krajem w historii, któremu udało się tego dokonać dzięki misji Chandrayaan-3.
Jeśli nasza obecność na Księżycu będzie się nadal zwiększać, misje będą musiały opracować bardziej złożoną infrastrukturę do wspierania operacji na powierzchni. Teraz naukowcy pracujący nad projektem Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) o nazwie PAVER wykazali, że elementy składowe księżycowych dróg i innych konstrukcji można wykonać poprzez skupienie światła słonecznego na księżycowym pyle za pomocą soczewki o powierzchni około 2,37 metra kwadratowego.
Zespół PAVER „udowodnił skuteczność tej techniki w przypadku wytwarzania na miejscu dużych próbek z możliwością blokowania, które można wytworzyć bezpośrednio na powierzchni Księżyca i przygotować do układania nawierzchni” i dodał, że „stosunkowo mały rozmiar wymaganego sprzętu i prostota systemu byłoby zaletą przy wykorzystaniu tej technologii w przyszłych misjach na księżycu” – wynika z badania opublikowanego w czwartek w Scientific Reports.
„Specyfika pyłu księżycowego może utrudniać eksplorację księżyca” – powiedział w Juan-Carlos Ginés-Palomares, główny autor badania i asystent naukowy na Politechnice Berlińskiej. „Wiele cząstek ma ostre krawędzie (ze względu na brak na Księżycu czynników erozyjnych, takich jak wiatr czy woda) i są na ogół naładowane elektrycznie (co czyni je szczególnie „lepkimi”). Wchłanianie tego pyłu może spowodować uszkodzenie lądowników księżycowych, skafandrów kosmicznych i ludzkich płuc.”
„Chcieliśmy przyczynić się do przezwyciężenia problemów związanych z pyłem księżycowym” – zauważył. „Budowa dróg to sposób na uniknięcie tworzenia się chmur pyłu, a jednocześnie ułatwienie w ruchu pojazdów i łazików”.
Oczywiście łatwiej to powiedzieć niż zrobić, brukowanie dróg na powierzchni księżyca. Biorąc pod uwagę niezwykle wysokie koszty lotów kosmicznych, planiści misji nie mogą po prostu załadować na statek kosmiczny ciężkich cegieł i położyć ich na księżycu. Zamiast tego badacze muszą wymyślić kreatywne sposoby wykorzystania materiałów, które są już dostępne na powierzchni Księżyca.
W tym celu ESA uruchomiła projekt PAVER, aby opracować niektóre z tak zwanych technologii „wykorzystania zasobów in situ (ISRU)” z wykorzystaniem materiałów znajdujących się na ziemi. We współpracę zaangażowali się naukowcy z Politechniki w Clausthal, niemieckiego Federalnego Instytutu Badań i Testowania Materiałów (BAM), grupy Liquifer Systems Group w Austrii oraz Uniwersytetu w Aalen, gdzie Ginés-Palomares ma swoją siedzibę podczas tych badań.
„TU Clausthal i BAM (Niemcy) posiadały już rozległą wiedzę na temat stosowania laserów dużej mocy do produkcji dużych tygli kwarcowych poprzez spiekanie proszku kwarcowego” – wyjaśnił Ginés-Palomares. „Pomysł polegał na wykorzystaniu tego sprzętu do zastosowań na powierzchni księżyca„. W ten sposób zespół TU Clausthal połączył siły z zespołem z Uniwersytetu w Aalen (Niemcy) i Liquifer (Austria) ze względu na ich wcześniejszą wiedzę na temat wytwarzania części z materiału księżycowego metodą spiekania słonecznego.
Wspólnie badacze opracowali pionierską technikę topienia EAC-1A, księżycowego symulatora opracowanego przez ESA, przy użyciu lasera na dwutlenek węgla, który naśladuje skutki skupionego promieniowania słonecznego. Metodą prób i błędów udało im się wyprodukować solidne trójkątne płytki o średnicy około dziesięciu cali i szerokości około pół cala.
Zespół doszedł do wniosku, że bloki można starannie ułożyć, tworząc infrastrukturę drogową na księżycu. Ginés-Palomares stwierdził, że trudno przewidzieć, kiedy technika ta będzie mogła zostać faktycznie przetestowana na powierzchni księżyca, biorąc pod uwagę wszystkie zmienne związane z finansowaniem, organizacją i priorytetami misji kosmicznych. Oszacował jednak, że zademonstrowanie takiego podejścia do lat 30. XXI wieku będzie technicznie wykonalne.
„Z technologicznego punktu widzenia prostota proponowanego sprzętu sugeruje, że prototyp tej technologii mógłby zostać przetestowany w najbliższej przyszłości, podążając śladem startów zaplanowanych dla misji Artemis i innych programów poszukiwawczych” – powiedział Ginés-Palomares. „Zatem 10 lat może być rozsądnym okresem”.
W międzyczasie badacze planują kontynuować prace nad utwardzonymi drogami księżycowymi, poddając swoje płytki warunkom podobnym do tych, jakie można spotkać na Księżycu.
„Rozważaliśmy już niektóre kolejne etapy tego projektu: po pierwsze należy przetestować zachowanie płytek pod wpływem ciągu silników rakietowych” – powiedział Ginés-Palomares. „Następnie należy zająć się produkcją w warunkach niskiej grawitacji. Można to zrobić na przykład w kampanii lotów parabolicznych. Badanie przeprowadzono w ziemskich warunkach atmosferycznych i grawitacyjnych. Testowanie tego sprzętu w warunkach księżycowych na ziemi (w szczególności przy braku grawitacji powietrznej i księżycowej) będzie ważnym krokiem w kierunku wprowadzenia tej i podobnych technologii pewnego dnia na księżyc”.
„Oczywiście, to dla nas ogromna ekscytacja, że możemy pracować nad tego typu projektem” – podsumował. „Myśl, że przyczyniamy się do kolejnych etapów eksploracji księżyca przez człowieka, o której marzy tak wielu z nas, sprawia, że pracujemy z dużą motywacją. Dlatego chcielibyśmy podziękować Europejskiej Agencji Kosmicznej, która sfinansowała ten projekt i umożliwia przyszłość eksploracji księżyca”.