Строительство на Луне — это сложная задача, которую нам ещё предстоит полностью решить. Множество проектов имеют грандиозные планы: от использования труда для создания кирпичей из реголита до строительства башен для беспроводной передачи энергии между изолированными местами. Однако все эти проекты практически игнорируют один из наиболее важных типов материалов, которые мы широко используем на Земле, — керамику.
В новой статье доктора Алекса Эллери, профессора инженерии Карлтонского университета в Оттаве, обсуждается, почему керамика так важна для развития лунной экономики, и указываются дальнейшие разработки в области материаловедения, которые необходимо завершить, чтобы производить и использовать керамику на поверхности Луны.
Основные направления использования лунных ресурсов на месте
Усилия по использованию лунных ресурсов на месте сосредоточены на двух основных направлениях:
* использование водяного льда, спрятанного в постоянно затенённых регионах, особенно на южном полюсе Луны;
* использование основного реголита в качестве сырья для строительства инфраструктуры, такой как укрытия или посадочные площадки.
Другие усилия по восстановлению ресурсов рассматривают, как реголит или другие структуры могут быть добыты как часть лунной экономики, с особым акцентом на отправке этих ресурсов обратно в космос в рамках усилий по созданию спутников солнечной энергии или гигантских космических обитаемых модулей.
Ограничения реголита
Хотя водяной лёд имеет свои полезные характеристики и будет абсолютно необходим для любого будущего поселения людей на Луне, обычный реголит имеет ограниченную функциональность, основанную на его свойствах. Он хорош в качестве основного строительного материала, но ему не хватает некоторых важных физических свойств, таких как тепловое и электрическое сопротивление или способность использоваться в качестве связующего вещества (например, в качестве раствора).
Роль керамики
Керамика вступает в игру, поскольку многие из них могут быть изготовлены с использованием материалов, изготовленных на Луне. Например, «выветривание» анортита, одного из наиболее распространённых материалов в реголите Луны, с помощью соляной кислоты создаёт глинозём и кремнезём — две керамики, которые широко используются на Земле в приложениях, требующих более высоких свойств материалов, чем может обеспечить обычный лунный реголит.
Кроме того, доктор Эллери описывает процесс, который производит эти керамики, используя лунный аналог высокогорья, с побочным продуктом в виде хлорида кальция, необходимого компонента для реакции электролиза расплавленной соли, необходимой для производства чистого алюминия — одного из наиболее востребованных строительных металлов на Луне.
Формование керамики
После производства керамики следующим шагом является придание им полезной конфигурации. Доктор Эллери рассматривает два различных процесса для этого: традиционное спекание и 3D-печать. Спекание, при котором керамику нагревают до высокой температуры, чтобы связать частицы порошкообразной керамики вместе, вероятно, является наиболее часто упоминаемым методом.
На Луне есть дополнительный бонус — возможность использовать для этого процесса только концентрированную солнечную энергию. Однако у него есть проблемы с хрупкостью и растрескиванием, что делает многие компоненты, созданные с использованием этой техники, непригодными для использования по назначению. Добавление железа, которое можно найти на лунной поверхности, потенциально может улучшить ситуацию, но это требует дополнительного этапа обработки и других материалов.
3D-печать, с другой стороны, сталкивается со своими проблемами. Хотя она полезна на Земле для создания различных форм и конфигураций, большинство методов 3D-печати требуют связующего вещества, состоящего из полимеров. Поскольку полимеры состоят из углерода, а углерод на Луне относительно редок, эта «проблема полимеров», как называет её доктор Эллери, является потенциальным препятствием для 3D-печати керамики на Луне.
Он предлагает несколько обходных путей, таких как создание геополимеров из глин, которые можно создать из лунных материалов, или использование полимеров на основе силикона, которые не используют столько углерода. Но, в конце концов, сбор и использование углерода для создания керамических объектов является критически важным путём, который требует гораздо более глубоких исследований.
В конечном счёте, этот призыв к действию, по-видимому, является одной из основных целей статьи. Доктор Эллери указывает на общее непонимание, с технической точки зрения и с точки зрения распределения ресурсов, процесса, с помощью которого мы в конечном итоге будем создавать эти критически важные материалы исключительно из лунных источников сырья и энергии. До тех пор, пока мы не сможем это сделать, утверждает он, не будет полноценной лунной экономики.