|
С чего начать строительство лунной базы
|
|
|
|
Когда первые астронавты ступили на Луну в рамках программы "Аполлон", концепция лунных местообитаний перестала быть предметом научной фантастики и стала предметом научного изучения. В связи с тем, что в ближайшее десятилетие несколько космических агентств планируют отправить на Луну миссии с экипажами, эти планы снова стали предметом научного интереса. Создание структур, которые позволят осуществлять "устойчивую программу лунной науки и разработок", является долгосрочной целью программы НАСА Artemis. Китай и ЕКА имеют аналогичные планы в отношении Международной лунной исследовательской станции (ILRS) и лунной деревни.
|
|
|
|
Чтобы ограничить количество материалов, которые необходимо запустить на Луну, и уменьшить зависимость от Земли, эти планы будут включать местные ресурсы для производства строительных материалов и использования ресурсов на месте (ISRU).
|
|
|
|
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Scientific Reports, исследователи из Польши и Великобритании предложили путь развития лунной среды обитания, который начинается с купола, построенного с использованием геополимера на основе реголита. Этот купол окружал бы кратер диаметром 17 метров (~56 футов) в районе Маре Спокойствия, в котором разместились бы все необходимые здания для лунной базы.
|
|
|
|
Исследованием руководила Магдалена Мрозек, научный сотрудник факультета гражданского строительства Силезского технологического университета в Гливице, Польша. К ней присоединились Давид Мрозек и Матеуш Смолана, также исследователи из Силезского технологического университета, и Лорна Ангилано, старший научный сотрудник Лондонского университета Брунеля и помощник директора Центра Вольфсона по разработке и обработке экологически чистых материалов.
|
|
|
|
|
|
|
Концепция, изложенная в их статье, представляет собой упрощенную концепцию лунной базы, которая будет использовать ISRU и производство геополимеров на месте. Расположение площадки также дает ряд преимуществ, не последним из которых является защита от ударов метеоритов и их выбросов. Они также выбрали район Маре, который находится на более низкой высоте, чем высокогорная местность, и имеет более высокую плотность кратеров.
|
|
|
|
Кроме того, район Маре Спокойствия вблизи места посадки "Аполлона-11" (0,67 км к северу и 23,47 км к востоку) был выбран на основе данных, полученных с лунных камней, привезенных астронавтами "Аполлона-12". Как сообщил Мрозек в интервью Universe Today по электронной почте:
|
|
|
|
Авторы проанализировали концепцию закрывающей крышки для своего гипотетического лунного кратера, диаметр которого составляет 17 метров (~56 футов), а глубина - 6 метров (~20 футов). Это согласуется с размерами кратеров в регионе Маре Спокойствия, которые в среднем составляют около 20 на 8 метров (65,5 на 26,25 футов). Следующим шагом было проведение численного анализа для определения подходящих размеров и форм лунной конструкции, которая могла бы выдерживать перенос нагрузки и поддерживать атмосферное давление, подобное земному (1013,25 миллибар или 1 бар). Следующим шагом был выбор строительных материалов, которые могли бы выдерживать распределение внутренних напряжений и производиться на месте с использованием местных ресурсов.
|
|
|
|
В конечном счете, они выбрали геополимеры на основе лунного реголита (ГП), которые состоят из синтетических неорганических мономеров, в основном состоящих из алюминия и кремния, и обладают отличительными механическими свойствами, аналогичными цементному бетону. Это выгодно, учитывая, что лунный реголит содержит в среднем 45% оксида кремния (SiO) по весу. Созданный ими геополимер состоял из раствора гидроксида натрия (NaOH), жидкого стекла из силиката натрия (NaO x nSiO x nHO) и имитатора реголита лунного нагорья LHS-1 производства Exolith Lab.
|
|
|
|
"Создание строительных материалов из исходного лунного реголита нецелесообразно, поэтому необходимо использовать один из доступных на рынке имитаторов лунного реголита", - сказал Мрозек. "Мы выбрали LHS, производимый компанией Space Resource Technologies. Используя этот материал, мы разработали геополимер, который впоследствии был протестирован для получения прочностных параметров, которые были введены в численную модель. Силы, действующие на лунную конструкцию, значительно отличаются от тех, которые испытываются на Земле; следовательно, нам нужно было отказаться от некоторых методологий, применимых на Земле, и пересмотреть проблему с новой точки зрения.
|
|
|
|
Условия отверждения образцов были подобраны таким образом, чтобы имитировать лунные условия в регионе Маре Спокойствия. Хотя температура колеблется от 120°C в течение лунного дня до -180°C в течение лунной ночи (от 248 до -292°F), она не опускается ниже 60°C (140°F) в течение семи земных дней, что способствует процессу геополимеризации. Учитывая эти соображения, команда ученых обработала свои образцы в термовакуумной камере при температуре 60°C и давлении 50 ГПа (50 миллибар), что соответствует условиям, близким к вакууму на Луне.
|
|
|
|
После общего периода отверждения, длившегося 28 дней, материалы были подвергнуты испытаниям на изгиб и сжатие и проанализированы с помощью электронной микроскопии (СЭМ) и рентгеновской дифракции (РСА). Эти испытания показали, что геополимер на основе реголита обладает прочностью и эластичностью, сравнимыми с цементно-песчаной кальциево-силикатной кладкой. Геополимер и выбранный ими дизайн вполне могли бы позволить строить лунные базы в покрытых кратерами районах Маре, тем самым реализуя ключевую цель программы НАСА "Артемида".
|
|
|
|
Мрозек сказал: "Мы инженеры-строители, поэтому наша статья посвящена именно этой области исследований. Однако в настоящее время мы сотрудничаем с широким кругом специалистов из разных стран в таких областях, как архитектура, физика, геология и химия. В настоящее время мы занимаемся подготовкой к началу реализации проекта лунной базы, который будет значительно более сложным и детализированным".
|
|
|
|
Источник
|
