Коли люди повернуться на Місяць, людству доведеться вчитися виживати на його поверхні. Майбутнім поселенцям знадобиться обслуговувати техніку, ламати поломки та створювати інфраструктуру «з нуля» — включно з електронними схемами, без яких не працюють ані зв'язок, ані системи життєзабезпечення.
Доставляти будь-які деталі з Землі — надто довго і дорого. А що, як потрібну сировину можна отримати прямо на місці? Саме це питання вивчає свіжий проєкт ESA Discovery, який очолює Датський технологічний інститут (DTI). Його мета — перетворити місячний реголит (пухку кам'янисту крихту, що вкриває всю поверхню супутника) на струмопровідні пасти та порошки. У перспективі це дозволить друкувати електроніку безпосередньо на Місяці.
Як витягти кисень — і отримати корисний метал
Проєкт, що отримав назву «Від реголиту до ремонту: використання місцевих ресурсів для адитивного виробництва електроніки», базується на дотепній технології. У складі лунного ґрунту — 40–45% кисню за масою, який хімічно зв'язаний у мінералах. Якщо його вивільнити (наприклад, для дихання або ракетного пального), у залишку отримаємо багату на метали суміш. Проєкт пропонує не викидати цей «шлак», а використовувати його як сировину для електроніки.
Технологія вилучення кисню — це електроліз розплавленої солі. Реголит занурюють у розплав хлориду кальцію з температурою 800–1000°C. Під напругою з породи виділяється кисень, а залишається сплав різних металів. Британська фірма Metalysis — світовий лідер у цій галузі — вдосконалює метод разом з ESA та Британським космічним агентством ще з 2019 року. Вона ж надає для дослідів імітатор реголиту: як звичайний, так і вже знекиснений.
Своєю чергою DTI відповідає за синтез струмопровідних матеріалів та розробку рецептур для друкованих паст і металевих порошків. Завдання інституту — перетворити металічний залишок на дві корисні форми: струмопровідні чорнила (для нанесення схем) та металевий порошок (для 3D-друку більших деталей).
Чому це вигідно і куди дивиться ESA
Економічна доцільність очевидна. «Щоб доправити на орбіту один кілограм вантажу, доводиться спалювати 15 кілограмів пального, — пояснює Крістіан Дальсгор, головний науковець проєкту з DTI. — Тож можливість використовувати місцеві ресурси дає колосальну перевагу — хоча б для ремонту найважливіших вузлів».
Якщо навчитися виробляти електроніку на місці, майбутні місячні місії отримають справжню автономію. Адже чекати на запасні частини з Землі — занадто довго, а іноді й неможливо. Усе, що можна зробити на місці, — від ремонту роверів і підтримки електромереж у житлових модулях до створення антенних ґрат і наукових приладів.
«Головне ноу-хау нашого проєкту — це здатність перетворити провідну фракцію реголиту на матеріал, придатний для цифрового друку, — зазначає Дальсгор. — Це відкриває зовсім нову сторінку в історії позаземного виробництва електроніки для космічних експедицій».
Як планують довести працездатність
Щоб підтвердити життєздатність ідеї, DTI та Metalysis виготовлять дослідну партію струмопровідної сировини зі знекисненого імітатора реголиту. Потім її випробують в умовах, наближених до місячних. «Ми зробимо струмопровідні чорнила та порошок, а потім спробуємо надрукувати з них звичайний провід, — розповідає Андреас Вейе Ларсен, фахівець із 3D-друку в DTI. — Якщо вийде, той самий порошок можна буде використати, наприклад, для виготовлення антен прямо на Місяці».
Поки це лише демонстрація концепції, але плани — значно ширші. DTI вважає цей проєкт першою ланкою в довгій програмі з використання реголиту як сировини для електричних компонентів. До речі, великі гравці аерокосмічної та оборонної індустрії вже виявляють до технології жвавий інтерес.
Заявку на проєкт подали через відкриту інноваційну платформу ESA (OSIP), яка збирає найсміливіші ідеї для космосу. Фінансування надано в межах програми Discovery, що входить до базової діяльності ESA.
Хто ще працює над цим напрямком
Над створенням інфраструктури з місцевих ресурсів сьогодні працює кілька провідних організацій. Американська компанія ICON розробляє систему Olympus — величезний 3D-принтер для друку з реголиту злітних майданчиків, доріг і навіть житлових модулів. Їхній підхід передбачає або спікання ґрунту лазером, або змішування зі спеціальними зв'язувальними речовинами. Redwire Space уже випробувала на МКС технологію екструзії матеріалів на основі реголиту в мікрогравітації, довівши принципову можливість друку в космосі. Компанія Incus у проєкті з ESA успішно протестувала технологію літографічного 3D-друку з переробленого титанового брухту, імітуючи умови Місяця. Є й зовсім інший підхід: The Spring Institute for Forests on the Moon досліджує, як за допомогою бактерій та органічних відходів перетворити токсичний реголит на родючий ґрунт, придатний для вирощування рослин.
