Дослідники з Університету Арканзасу продемонстрували можливість виготовлення будівельних блоків із матеріалу, що імітує місячний реголіт, без використання додаткових зв'язувальних речовин. За допомогою 3D-друку вчені створили невеликі елементи, які з'єднуються між собою за принципом конструктора LEGO. Розробка може знайти застосування під час створення майбутніх місячних поселень та іншої інфраструктури на поверхні супутника Землі.
Результати дослідження опубліковано в науковому журналі npj Advanced Manufacturing. Автори роботи запропонували використовувати технологію лазерного спікання порошку, яка дає змогу формувати тверді вироби безпосередньо з реголіту, не додаючи полімерів, цементу чи інших зв'язувальних матеріалів.
В експериментах дослідники застосували технологію лазерного спікання в порошковому шарі (Laser Powder Bed Fusion). Під час цього процесу тонкий шар порошку розподіляється на робочій поверхні, після чого лазер локально нагріває частинки та з'єднує їх між собою. Потім платформа опускається, наноситься наступний шар матеріалу, і процедура повторюється до формування готового виробу.
Як вихідний матеріал використовували комерційний імітатор місячного ґрунту Lunar Highlands Regolith Simulant (LHS-1), склад якого наближений до зразків реголіту, доставлених на Землю учасниками програми Apollo. Оскільки справжні зразки місячного ґрунту доступні в дуже обмеженій кількості, подібні імітатори широко застосовують для випробування технологій майбутнього освоєння Місяця.
Однією з головних особливостей методу стала відсутність додаткових зв'язувальних компонентів. Лазер нагріває частинки реголіту до температури, за якої вони спікаються між собою, утворюючи міцну структуру. Це особливо важливо для місячного будівництва: доставлення полімерів, цементу та інших витратних матеріалів із Землі потребуватиме додаткових запусків і збільшуватиме вартість створення інфраструктури.
Дослідники виготовили кілька варіантів блоків завширшки в кілька сантиметрів. Серед них були елементи хрестоподібної форми та блоки у вигляді літери H. Їхня конструкція дає змогу з'єднувати окремі деталі між собою та збирати з них більші конструкції без додаткових кріплень.
Випробування показали, що міцність отриманих виробів на стиск може сягати приблизно 3,4 МПа. Водночас блоки з чистого реголіту виявилися більш пористими та менш міцними, ніж аналогічні вироби з використанням зв'язувальних компонентів. За словами першого автора дослідження Коула Маккаллума, створені конструкції здатні витримувати власну вагу, однак поки що зарано говорити про їхню придатність для споруд, які мають витримувати значні зовнішні навантаження.
Перед практичним застосуванням технології необхідно розв'язати ще кілька завдань. Зокрема, вченим потрібно перевірити поведінку матеріалу в умовах вакууму та мікрогравітації, а також підвищити механічну міцність виготовлених елементів. Поки що експерименти проводили в земних лабораторіях із використанням імітатора реголіту.
У перспективі подібна технологія може стати одним зі способів виробництва будівельних матеріалів безпосередньо на Місяці. Використання місцевої сировини дасть змогу зменшити кількість вантажів, які потрібно буде доставляти із Землі для створення житлових модулів, захисних споруд і технічної інфраструктури. Замість транспортування готових будівельних конструкцій майбутні експедиції зможуть привозити обладнання для їхнього виготовлення з матеріалу, доступного на поверхні супутника.
