Производство «космического кирпича» с помощью микроволнового спекания

Фотография и рентгеновское КТ-изображение спеченного блока КЛС-1, изготовленного с использованием оптимизированного процесса. Автор: Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology

Недавнее открытие энергетических ресурсов на Луне, таких как водяной лед, переориентировало интерес к ее потенциалу в качестве устойчивого центра освоения космоса. НАСА также объявило о миссии «Артемида», целью которой является долгосрочное присутствие человека на поверхности Луны. Однако расширение инфраструктуры, например, строительство лунной базы, играет жизненно важную роль.

Однако транспортировка строительных материалов с Земли на поверхность Луны с помощью спускаемых аппаратов требует значительных затрат — 1,2 миллиона долларов США за килограмм. Вес напрямую влияет на стоимость, что делает транспортировку строительных материалов с Земли на Луну практически невозможной.

Чтобы решить эту проблему, Корейский институт гражданского строительства и строительных технологий разработал технологию производства строительных материалов с использованием ресурсов Луны. Исследование опубликовано в журнале Building Engineering.

Наиболее доступным природным ресурсом на Луне является лунный реголит, то есть почва на поверхности Луны. Использование лунного реголита может привести к экономии средств. Лунный реголит, состоящий из мелких частиц, можно спекать под воздействием тепла. Однако в космической среде соображения энергоэффективности имеют решающее значение для применения тепла. Микроволновые печи особенно выгодны с точки зрения энергоэффективности.

Исследовательская группа (д-р Чангген, Ли, д-р Ён-Чже, Ким, д-р Хёну, Джин) под руководством д-ра Хю-Сунга, Шина из отдела исследований будущего и умного строительства KICT, использовала микроволновое спекание для производства блоков. из имитатора лунного реголита путем его нагрева и уплотнения.

Графическая абстракция. Автор: Journal of Building Engineering (2024). DOI: 10.1016/j.jobe.2024.109193

При использовании микроволн для нагрева лунного реголита могут образовываться локальные горячие и холодные пятна. Эти пятна приводят к локальному тепловому выходу, препятствующему равномерному нагреву и спеканию. Для решения этой проблемы была создана поэтапная программа нагрева с определенной температурой и временем выдержки.

Кроме того, лунный реголит содержит летучие вещества, в том числе воду. Нагревание этих летучих материалов может вызвать внутренние трещины во время спекания. Исследовательская группа смягчила образование трещин, используя предварительно нагретый имитатор лунного реголита в условиях вакуума при температуре 250°C.

Для оценки комплектности спеченных блоков, предназначенных для строительных материалов, полученные блоки подвергались колонковому сверлению в определенных местах. Средняя плотность, пористость и прочность на сжатие образцов, пробуренных керном, составили примерно 2,11 г/см³, 29,23% и 13,66 МПа соответственно. Соответствующие стандартные отклонения составили 0,03, 1,01 и 1,76, что подтверждает однородность спеченных блоков.

КИКТ освоил технологию производства строительных материалов с использованием лунного реголита. Планируется проверить эту технологию в космических условиях. Проверив это в космических условиях, мы сможем лучше удовлетворить растущий спрос на технологии космического строительства.

Доктор Шин сказал: «Многие предыдущие исследования в области космического строительства, связанные с технологией микроволнового спекания, привели к получению небольших или гетерогенных спеченных тел». Он также выразил планы по использованию этой технологии для строительства различных объектов инфраструктуры на поверхности Луны в будущем.

Больше информации: Hyunwoo Jin et al, Optimized manufacturing process of homogeneous microwave-sintered blocks of KLS-1 lunar regolith simulant, Journal of Building Engineering (2024). DOI: 10.1016/j.jobe.2024.109193

Источник: National Research Council of Science and Technology