Строительство на Земле кажется довольно хорошо изученным процессом, ведь у нас есть множество различных материалов на выбор. Но что делать будущим исследователям Луны? Возможности пересылки грузов с Земли на Луну для астронавтов будут очень ограничены, поэтому им придётся использовать местные материалы. На Луне это означает использование пыльного лунного реголита, покрывающего поверхность спутника. Исследователи уже разработали 20 различных методов создания строительных материалов из этого материала. Среди них — затвердевание, спекание/плавление, связующее затвердевание и формирование конфайнмента. Но какой из них самый лучший?
Астронавты «Аполлона» сообщили, что поверхность Луны покрыта мелким порошкообразным материалом, похожим по текстуре на тальк. Считается, что этот материал, известный как лунный реголит, образовался в результате постоянной бомбардировки метеороидами на протяжении миллионов лет. В результате ударов горные породы на поверхности Луны были разбиты на мелкие зёрна. Глубина слоя варьируется от 5 до 10 метров, и состоит он в основном из диоксида кремния, оксида железа, диоксида алюминия и некоторых других минералов. Мелкая пыль затрудняет работу астронавтов и техники на поверхности, а её острые края её даже опасной.
Будущим инженерам, которые отправятся на Луну для строительства жилья, придётся как-то использовать этот материал в своей работе. Профессор Фенг из Университета Цинхуа провёл обзор возможных методов, опубликованных в журнале Engineering. Было использовано почти 20 методов, которые были разделены на четыре основные категории.
В процессе, напоминающем создание бетона, реакционное затвердевание основано на том, что частицы реголита вступают в реакцию с другими соединениями. Эти соединения нужно будет привезти с собой на Луну. В результате этого процесса образуется твёрдый материал, в котором реголит составляет от 60% до 95% от общей смеси.
Альтернативный подход предполагает спекание или плавление реголита под воздействием высоких температур. Этот подход позволяет создать твёрдый материал, полностью состоящий из реголита, однако для этого требуются температуры свыше 1000°, что само по себе создаёт трудности и проблемы с безопасностью на лунной поверхности.
Связующее затвердевание — это процесс, в котором для скрепления реголита используются другие частицы. Как и при реакционном твердении, в результате в конечном продукте содержится от 65% до 95% реголита. Этот процесс требует более низких температур, чем плавление, что делает его более безопасным, и занимает меньше времени, чем первый метод.
И наконец, процесс, известный как формирование конфайнмента, представляет собой интригующий подход, в котором используется для ограничения и сдерживания реголита используется ткань – то есть, по сути, мешки с материалом. Похоже, что это усовершенствованная форма мешка с песком, где частицы не связаны между собой, как в других процессах, но всё же ограничены в движении. 99% конечного продукта будет составлять реголит, и, хотя этот процесс более быстрый и низкотемпературный, ему может не хватать прочности.
Поиск оптимального подхода требует учёта стоимости, производительности, безопасности, энергопотребления и потребностей в ресурсах. Чтобы учесть все эти многочисленные составляющие, команда разработала метод количественной оценки 8IMEM, который включает 8 показателей. Проработав все выявленные процессы, команда рекомендует формирование конфайнмента как наилучший, наиболее экономически эффективный и безопасный подход.
Формирование конфайнмента, несмотря на то, что это наиболее экономичный и быстрый метод, может не подойти для всех строительных нужд. Например, он может подойти для некоторых лабораторных нужд, но когда речь идёт о жилых помещениях, может оказаться не самым лучшим. Проведённое исследование поможет сфокусировать внимание на будущих решениях по строительству на Луне.
