|
Методы строительства лунных посадочных площадок
|
|
|
|
Создание лунной базы будет иметь решающее значение для США в новой космической гонке, а строительство безопасных и экономичных посадочных площадок для космических кораблей будет иметь ключевое значение. Эти подушечки должны не дать лунной пыли и частицам пескоструить все вокруг них на скорости более 10 000 миль в час, когда ракета взлетает или приземляется, поскольку нет воздуха, который замедлял бы шлейф ракеты. Однако не совсем ясно, как построить эти посадочные площадки, поскольку перевозка материалов и тяжелого оборудования на расстояние более 230 000 миль в космос быстро становится непомерно дорогостоящей.
|
|
|
|
Вот почему исследователи из Университета Центральной Флориды работают над проектом, финансируемым НАСА, по поиску способов создания лунных посадочных площадок, которые обеспечивают безопасность людей и оборудования, а также экономичны и просты в строительстве в космосе. Работа возглавляется оборонной и космической производственной компанией Cislune и включает исследования Университета штата Аризона. Команда обнаружила, что метод, использующий микроволны для плавления лунного грунта, в сочетании с разработанной UCF технологией обогащения или сортировки, может быть лучшим вариантом. Результаты были недавно опубликованы в журнале New Space и в отчете, представленном НАСА.
|
|
|
«Для нашей страны стратегически важно иметь присутствие на Луне, потому что экономическая ценность космических ресурсов очень высока», — говорит Фил Мецгер, соавтор исследования. Он планетолог Флоридского космического института, базирующегося в UCF. США планируют вернуться на Луну в рамках миссий Artemis, при этом ожидается, что первая высадка на Луну с экипажем состоится в рамках Artemis III в 2025 году. В будущих миссиях будут созданы места обитания, оборудование для добычи ресурсов и многое другое.
|
|
|
|
На основе анализа четырех различных методов строительства, включая различные комбинации для внутреннего и внешнего колец посадочной площадки, метод плавления или спекания с использованием микроволн был признан наиболее экономически эффективным, пока стоимость транспортировки на Луну остается выше Согласно новому исследованию, 100 000 долларов за килограмм (около 45 000 долларов за фунт). Агломерация становится еще более экономичной в сочетании с новой технологией обогащения, разработанной UCF, которая использует магнитные поля для извлечения на поверхность наиболее пригодных для микроволновой печи минералов. Исследователи UCF разработали эту технологию после того, как обнаружили, что многие из наиболее пригодных для микроволновки минералов также являются наиболее магнитными. Эти выводы были задокументированы в новом отчете НАСА.
|
|
|
|
«Мы показали, что можем увеличить поглощение микроволн где-то в диапазоне от 70% до 80%, сортируя частицы на основе магнитной восприимчивости», — говорит Метцгер. По словам исследователя, процесс строительства может осуществляться марсоходами, которые будут зачерпывать почву, сортировать ее с помощью магнитных полей, укладывать обратно на поверхность и плавить с помощью микроволн. Исследование New Space показало, что вторым по рентабельности методом, когда транспортные расходы превышают 100 000 долларов за килограмм, будут посадочные площадки на основе асфальтоукладчика.
|
|
|
|
Кроме того, когда транспортные расходы упадут ниже 100 000 долларов за килограмм из-за экономии за счет масштаба и возможности повторного использования ракет, посадочные площадки на полимерной основе станут более конкурентоспособным методом изготовления внешней части посадочной площадки, чем спекание и брусчатка. По словам Метцгера, у каждого из методов есть компромиссы, такие как затраты на энергию и строительство, которые необходимо учитывать. «Цифры показали нам, что спекание на самом деле является лучшим методом, потому что оно требует некоторой энергии, но стоимость энергии меньше, чем стоимость строительства и доставки расходных материалов на Луну», — говорит Метцгер.
|
|
|
|
Эрик Фрэнкс, основатель и главный исполнительный директор Cislune, говорит, что строительство на поверхности Луны и Марса сильно отличается от строительства на Земле. «Бетон и сталь широко используются на Земле и возникли в результате тысячелетнего развития и расширения промышленности, основанной на изобилии воды, угля и воздуха», — говорит он. «На других планетах у нас нет ископаемого топлива, а воздух и вода более ценны, чем золото. Потребуются другие процессы, и UCF и Cislune работают вместе, чтобы решить эти проблемы с помощью инновационных решений, таких как микроволновое спекание и обогащение почвы. "
|
|
|
|
Исследователи использовали высокоточные модели лунного грунта из лаборатории Exolith Lab UCF для проведения экспериментов по микроволновому излучению и магнитной восприимчивости, а также использовали компьютерное моделирование для моделирования экономических затрат на различные методы строительства лунных посадочных площадок. В экспериментах по моделированию лунного грунта было обнаружено, что базальтовое стекло, бронзит и ильменит являются одними из наиболее магнитных и восприимчивых к микроволновому излучению минералов. «Наши результаты были превосходны, — говорит Фрэнкс. «Тщательное обогащение делает микроволновый нагрев реголита значительно более энергоэффективным, поэтому нам просто нужно принести солнечные батареи, и мы сможем перерабатывать лунную грязь в конструкции, такие как посадочные площадки и здания».
|
|
|
|
Метцгер говорит, что исследование важно не только для установления присутствия США на Луне, но и для поддержания дипломатических отношений, поскольку не нужно подвергать пескоструйной очистке оборудование и объекты других стран. «Я думаю, что для Соединенных Штатов и консорциума дружественных стран, которые разделяют наши демократические ценности, очень важно проложить путь в космосе, чтобы создать методы совместного использования пространства и создать карманы, чтобы приносить пользу всему миру из космоса, а не просто рисковать, позволяя другим делать это», — говорит Мецгер. Следующие шаги исследования включают разработку проектов по созданию улучшенных прототипов оборудования для микроволнового нагрева и тестирование технологии в условиях, подобных лунным, в вакууме. Соавтором исследования New Space был Грег Отри из Школы глобального управления Thunderbird Университета штата Аризона. Дакка Сапкота, научный сотрудник FSI, руководил экспериментами по магнитному обогащению и был соавтором отчета об обогащении.
|
|
|
|
Источник
|
