Исследователи из Университета Арканзаса продемонстрировали возможность изготовления строительных блоков из материала, имитирующего лунный реголит, без использования дополнительных связующих веществ. С помощью 3D-печати учёные создали небольшие элементы, которые соединяются между собой по принципу конструктора LEGO. Разработка может найти применение при создании будущих лунных поселений и другой инфраструктуры на поверхности спутника Земли.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале npj Advanced Manufacturing. Авторы работы предложили использовать технологию лазерного спекания порошка, позволяющую формировать твёрдые изделия непосредственно из реголита, не добавляя полимеры, цемент или другие связующие материалы.
В экспериментах исследователи применили технологию лазерного спекания в порошковом слое (Laser Powder Bed Fusion). В ходе процесса тонкий слой порошка распределяется по рабочей поверхности, после чего лазер локально нагревает частицы и соединяет их между собой. Затем платформа опускается, наносится следующий слой материала, и процедура повторяется до формирования готового изделия.
В качестве исходного материала использовался коммерческий имитатор лунного грунта Lunar Highlands Regolith Simulant (LHS-1), состав которого приближен к образцам реголита, доставленным на Землю участниками программы Apollo. Поскольку настоящие образцы лунного грунта доступны в крайне ограниченном количестве, подобные имитаторы широко применяются для испытаний технологий будущего освоения Луны.
Одной из главных особенностей метода стало отсутствие дополнительных связующих компонентов. Лазер нагревает частицы реголита до состояния, при котором они спекаются друг с другом, образуя прочную структуру. Это особенно важно для лунного строительства: доставка полимеров, цемента и других расходных материалов с Земли потребует дополнительных запусков и увеличит стоимость создания инфраструктуры.
Исследователи изготовили несколько вариантов блоков шириной в несколько сантиметров. Среди них были элементы крестообразной формы и блоки в виде буквы H. Их конструкция позволяет соединять отдельные детали между собой и собирать из них более крупные структуры без дополнительного крепёжного материала.
Испытания показали, что прочность полученных изделий на сжатие может достигать примерно 3,4 МПа. Вместе с тем блоки из чистого реголита получились более пористыми и менее прочными, чем аналогичные изделия с использованием связующих компонентов. По словам первого автора исследования Коула Маккаллума, созданные конструкции способны поддерживать собственный вес, однако пока рано говорить об их пригодности для сооружений, которые должны выдерживать значительные внешние нагрузки.
Перед практическим применением технологии предстоит решить ещё несколько задач. В частности, учёным необходимо проверить поведение материала в условиях вакуума и микрогравитации, а также повысить механическую прочность изготовленных элементов. Пока эксперименты проводились в земных лабораторных условиях с использованием имитатора реголита.
В перспективе подобная технология может стать одним из способов производства строительных материалов непосредственно на Луне. Использование местного сырья позволит уменьшить количество грузов, которые потребуется доставлять с Земли для создания жилых модулей, защитных сооружений и технической инфраструктуры. Вместо транспортировки готовых строительных конструкций будущие экспедиции смогут привозить оборудование для их изготовления из доступного на поверхности материала.
