Астронавты столкнутся с множеством препятствий, когда снова посетят Луну. Здесь приходится иметь дело с мощной радиацией, резкими перепадами температуры и сложной гравитацией. А еще там пыль и многое другое. Лунная пыль представляла опасность для астронавтов Аполлона, и будущим лунным астронавтам тоже придется с ней бороться.
Что, если они превратят часть этой пыли в твердые поверхности, по которым можно будет ездить?
Когда «Аполлон-11» готовился к первой высадке на Луну, они столкнулись с множеством неизвестных. Из орбитальных изображений они знали, что там много пыли, но планировщики миссии не знали, сколько и насколько глубоко. Был риск утонуть в нем. Риск был настолько серьезным, что у посадочного модуля было три зонда для измерения пыли, идущие вниз от трех опор посадочного модуля. Если бы они слишком глубоко погрузились в пыль, посадку можно было бы прервать.
Как мы все знаем, они не затонули, но расстояние действительно вызывало проблемы, и астронавты Аполлона не находились на поверхности Луны очень долго.
С тех пор мы многое узнали о лунной пыли и препятствиях, которые она создает для исследования. В конечном итоге ЕКА установит устойчивое присутствие человека на Луне, чтобы можно было более полно исследовать наш естественный спутник. В конечном итоге частью миссии станет разработка ресурсов на месте.
Вся эта деятельность означает, что астронавтам понадобится транспорт, надежный транспорт, который прослужит долгое время. А это означает, что нужно как-то бороться с мелкой, прилипшей пылью, покрывающей Луну. Вместо того, чтобы проектировать наземные транспортные средства, которые каким-то образом невосприимчивы к пыли, ESA считает, что они могут расплавить пыль там, где она находится, образуя твердую поверхность движения. Решит ли это проблему?
Моделирование НАСА показывает, что когда космический корабль приземляется на поверхность Луны, он может поднять над поверхностью тонны мелкой пыли, прежде чем в конечном итоге осядет. Из-за низкой гравитации Луны ее стабилизация может занять много времени. Это не было большой проблемой для небольших посадочных модулей «Аполлона», но будущие посадочные модули будут намного больше. Вся эта пыль может загрязнить поверхности посадочных модулей и вызвать всевозможные проблемы. Но что, если пыль на посадочных площадках и движущихся поверхностях можно будет расплавить с помощью высокоэнергетических лазеров?
ЕКА решило, что эту тактику стоит использовать. Их программа PAVER (прокладывание пути к спеканию реголита на больших площадях) исследовала эту идею. PAVER – это консорциум европейских компаний и организаций. В контролируемых испытаниях моделируемого лунного реголита они использовали CO мощностью 12 киловатт.2 лазер для плавления искусственной лунной пыли. Он создал гладкую, стеклянную поверхность, которая может стать дорогами, посадочными площадками и другими оперативными зонами из обильной лунной пыли.
Эта идея имеет свою историю. Еще в 1933 году появилось предложение расплавить Земной песок в твердое дорожное покрытие. Идея появилась в Modern Mechanix. Разумеется, речь не шла о лазерах. Вместо этого он будет использовать линзу для фокусировки энергии Солнца.
Идея так и не воплотилась в жизнь по разным причинам. Но на Луне эксплуатация ресурсов на месте имеет решающее значение для успеха. Мы не будем производить асфальт и укладывать его. Может ли там работать лазерный песок?
«На практике мы бы не стали размещать на Луне лазер на углекислом газе», — сказал инженер по материалам ЕКА Адвенит Макайя. «Вместо этого нынешний лазер служит источником света для наших экспериментов, заменив лунный солнечный свет, который можно сконцентрировать с помощью линзы Френеля диаметром в пару метров, чтобы произвести эквивалентное плавление на поверхности Луны».
Линза Френеля более компактна, чем другие линзы, и требует меньше материала. Они были разработаны для использования на маяках в 18 веке. Их назвали «изобретением, спасшим миллион кораблей». Возможно, на Луне эта относительно простая технология поможет нашим современным исследователям.
В новой статье в журнале Nature Scientific Reports результаты PAVER представлены более подробно. Это «Изготовление лазерной плавкой крупных элементов имитатора лунного реголита для дорожного покрытия на Луне». Первый автор — Хуан-Карлос Хинес-Паломарес, младший научный сотрудник Технического университета в Берлине.
«Если рассматривать сырье и энергию, солнечная энергия и лунный реголит доступны непосредственно на Луне, а это означает, что прямое спекание или плавление реголита является возможным подходом для производства объектов на лунной поверхности», — говорится в документе. «Мобильные решения, такие как источники солнечной или лазерной энергии, могут использоваться для строительства дорог или посадочных площадок на месте».
Исследователи исследовали свои образцы с помощью сканирующего электронного микроскопа на предмет трещин, пузырьков и наличия микрокристаллов и нанокристаллов. Они также протестировали свои образцы, чтобы увидеть, какое давление они могут выдержать. Высокая прочность на сжатие, очевидно, является важнейшей характеристикой дорожного покрытия. Они обнаружили, что их образцы имели разную прочность на сжатие от 216,29 до 56,19 МПа, в среднем 93,97 МПа. Бетон обычно имеет прочность на сжатие в диапазоне 20–120 МПа, хотя она широко варьируется в зависимости от рецептуры.
Использование ресурсов на месте с использованием Солнца является горячей темой, и исследователи изучали различные способы создания инфраструктуры из лунного реголита с использованием энергии Солнца. Но это исследование расширило сферу применения образующихся материалов.
«Во время прошлых проектов по использованию ресурсов на месте, включая строительство кирпичных домов с использованием зеркально-концентрированного солнечного тепла, мы наблюдали поверхностное плавление, ограниченное относительно небольшими пятнами плавления, от нескольких миллиметров до пары сантиметров в диаметре», — сказал Макайя. . «Для строительства дорог или посадочных площадок требуется гораздо более широкий фокус, чтобы иметь возможность сканировать очень большую территорию в практических временных рамках».
Вождение на Луне сильно отличается от движения на Земле. Здесь нет дождя и влаги, что создает проблемные циклы замерзания и оттаивания. Здесь минимальное движение транспорта, гораздо меньший вес и, вероятно, никаких происшествий. Таким образом, единственной реальной нагрузкой на лазерных дорогах будет движение вниз.
«Полученный материал похож на стекло и хрупкий, но в основном он будет подвергаться воздействию сил сжатия, направленных вниз», — сказал Макайя. «Даже если он сломается, мы все равно сможем продолжать его использовать, ремонтируя по мере необходимости».
Этот метод требует много времени, как и все на Луне. По оценкам исследователей, посадочную площадку площадью 100 кв. м и толщиной 2 см из плотного материала можно построить за 115 дней.
