Когда люди вернутся на Луну, человечеству придётся учиться выживать на её поверхности. Будущим поселенцам понадобится обслуживать технику, устранять поломки и создавать инфраструктуру «с нуля» — включая электронные схемы, без которых не работают ни связь, ни системы жизнеобеспечения.
Доставлять любые детали с Земли — слишком долго и дорого. А что, если нужное сырьё можно получить прямо на месте? Именно этот вопрос изучает свежий проект ESA Discovery, который возглавляет Датский технологический институт (DTI). Его цель — превратить лунный реголит (рыхлую каменистую крошку, покрывающую всю поверхность спутника) в токопроводящие пасты и порошки. В перспективе это позволит печатать электронику непосредственно на Луне.
Как извлечь кислород — и получить полезный металл
Проект, получивший название «От реголита к ремонту: использование местных ресурсов для аддитивного производства электроники», основан на остроумной технологии. В составе лунного грунта — 40–45% кислорода по массе, который химически связан в минералах. Если его высвободить (например, для дыхания или ракетного топлива), в остатке получим богатую металлами смесь. Проект предлагает не выбрасывать этот «шлак», а использовать его как сырьё для электроники.
Технология извлечения кислорода — это электролиз расплавленной соли. Реголит погружают в расплав хлорида кальция с температурой 800–1000°C. Под напряжением из породы выделяется кислород, а остаётся сплав различных металлов. Британская фирма Metalysis — мировой лидер в этой области — совершенствует метод вместе с ESA и Британским космическим агентством ещё с 2019 года. Она же предоставляет для опытов имитатор реголита: как обычный, так и уже обезкислороженный.
Со своей стороны DTI отвечает за синтез токопроводящих материалов и разработку рецептур для печатных паст и металлических порошков. Задача института — превратить металлический остаток в две полезные формы: токопроводящие чернила (для нанесения схем) и металлический порошок (для 3D-печати более крупных деталей).
Почему это выгодно и куда смотрит ESA
Экономическая целесообразность очевидна. «Чтобы доставить на орбиту один килограмм груза, приходится сжигать 15 килограммов топлива, — поясняет Кристиан Дальсгор, главный научный сотрудник проекта из DTI. — Поэтому возможность использовать местные ресурсы даёт колоссальное преимущество — хотя бы для ремонта важнейших узлов».
Если научиться производить электронику на месте, будущие лунные миссии получат настоящую автономию. Ведь ждать запасные части с Земли — слишком долго, а иногда и невозможно. Всё, что можно сделать на месте, — от ремонта роверов и поддержки электросетей в жилых модулях до создания антенных решёток и научных приборов.
«Главное ноу-хау нашего проекта — это способность превратить проводящую фракцию реголита в материал, пригодный для цифровой печати, — отмечает Дальсгор. — Это открывает совершенно новую страницу в истории внеземного производства электроники для космических экспедиций».
Как планируют доказать работоспособность
Чтобы подтвердить жизнеспособность идеи, DTI и Metalysis изготовят опытную партию токопроводящего сырья из обезкислороженного имитатора реголита. Затем её испытают в условиях, приближенных к лунным. «Мы сделаем токопроводящие чернила и порошок, а потом попробуем напечатать из них обычный провод, — рассказывает Андреас Вейе Ларсен, специалист по 3D-печати в DTI. — Если получится, тот же порошок можно будет использовать, например, для изготовления антенн прямо на Луне».
Пока это лишь демонстрация концепции, но планы — значительно шире. DTI считает этот проект первым звеном в долгой программе по использованию реголита как сырья для электрических компонентов. Кстати, крупные игроки аэрокосмической и оборонной индустрии уже проявляют к технологии живой интерес.
Заявку на проект подали через открытую инновационную платформу ESA (OSIP), которая собирает самые смелые идеи для космоса. Финансирование предоставлено в рамках программы Discovery, входящей в базовую деятельность ESA.
Кто ещё работает над этим направлением
Над созданием инфраструктуры из местных ресурсов сегодня работает несколько ведущих организаций. Американская компания ICON разрабатывает систему Olympus — огромный 3D-принтер для печати из реголита взлётно-посадочных площадок, дорог и даже жилых модулей. Их подход предполагает либо спекание грунта лазером, либо смешивание со специальными связующими веществами. Redwire Space уже испытала на МКС технологию экструзии материалов на основе реголита в микрогравитации, доказав принципиальную возможность печати в космосе. Компания Incus в проекте с ESA успешно протестировала технологию литографической 3D-печати из переработанного титанового лома, имитируя условия Луны. Есть и совсем другой подход: The Spring Institute for Forests on the Moon исследует, как с помощью бактерий и органических отходов превратить токсичный реголит в плодородную почву, пригодную для выращивания растений.
