Jak naukowcy planują zbudować bazę na Księżycu?

Spodziewaj się głównego źródła zwiększonej wydajności ogrzewania mikrofalowego.

NASAProgram NASA Artemis ma na celu utworzenie bazy księżycowej w ramach inicjatywy załogowej eksploracji Księżyca. Jednak oczekiwania społeczne wobec tej bazy kosmicznej mogą różnić się od tych przedstawianych w popularnych filmach science fiction. Budowa bazy księżycowej wymaga szerokiej gamy materiałów budowlanych, co wiąże się ze znacznymi kosztami transportu. Materiały te muszą zostać wystrzelone z Ziemi za pomocą rakiet.

Ponieważ transport materiałów budowlanych z Ziemi na Księżyc jest kosztowny i czasochłonny, do stworzenia bazy księżycowej należy wykorzystać lokalne materiały. Obiecującym sposobem budowy bazy księżycowej przy użyciu lokalnych materiałów jest wyżarzanie mikrofalowe, które utwardza ​​księżycową glebę (glebę) poniżej jej temperatury topnienia.

Obecnie na całym świecie prowadzone są aktywne badania nad procesem spiekania gleby księżycowej za pomocą laserów, energii słonecznej i mikrofal. Wśród tych technologii, mikrofalowe spiekanie gleby księżycowej jest znaczącą technologią opracowywaną przez różne instytucje, w tym NASA i Europejską Agencję Kosmiczną (Europejska Agencja Kosmiczna) oraz Koreański Instytut Inżynierii Lądowej i Technologii Budowlanych (KICT, Prezydent Kim Byung-sook).

Badania nad spiekaniem mikrofalowym

Zespół badawczy (dr Gangwon, Lee, dr Young-jae, Kim i dr Hyun-woo, Jin) kierowany przez dr Hyo-sunga, Shina z Działu Badań nad Przyszłością i Inteligentnymi Budynkami w Koreańskim Instytucie Technologii prowadzi obecnie badania nad formowanymi w kuchence mikrofalowej cegłami księżycowymi imitującymi glebę. W badaniach tych wykorzystano techniki spiekania podobne do wypalania ceramiki, podnosząc temperaturę w celu wytworzenia pełnych cegieł.

Cegły wykonane z materiałów imitujących regolit księżycowy mają wytrzymałość ponad 20 MPa, czyli podobną do betonu. Ogrzewanie mikrofalowe zależy od właściwości dielektrycznych materiału, dlatego konieczne jest szczegółowe badanie właściwości dielektrycznych regolitu księżycowego. Obecnie nie ma wystarczających badań nad tym, jak regolit księżycowy reaguje na ogrzewanie mikrofalowe w różnych temperaturach.

Badanie materiałów księżycowych

W ramach badań nad spiekaniem mikrofalowym zespół badawczy zbadał właściwości dielektryczne koreańskiego symulatora księżyca (KLS-1) i ilmenitu (tytanianu żelaza) w różnych temperaturach. Ilmenit jest minerałem występującym powszechnie na Księżycu i wiadomo, że zwiększa efektywność ogrzewania mikrofalowego. Nie przeprowadzono jednak szczegółowych badań właściwości dielektrycznych ilmenitu i jego zachowania podczas ogrzewania mikrofalowego.

Wyniki badań wskazują, że symulacja regolitu księżycowego ma przezroczystość mikrofal; Co utrudnia ich ogrzewanie. Jednakże ilmenit (tytanian żelaza) silnie oddziałuje z mikrofalami ze względu na swoją unikalną strukturę krystaliczną, umożliwiając szybkie nagrzewanie się do wysokich temperatur. Ponadto analiza struktur krystalicznych symulowanego księżycowego regolitu i ilmenitu z powodzeniem ujawniła główne czynniki przyczyniające się do zwiększonych interakcji minerałów z mikrofalami.

Wykorzystanie lokalnego surowca, ilmenitu, jako elementu grzejnego przy budowie bazy księżycowej przy użyciu spiekania mikrofalowego oznacza wydajną i szybką produkcję materiału budowlanego. Dr Young Jae Kim z Koreańskiego Instytutu Technologii wyraził swoje oczekiwanie, że badania te będą kluczową podstawą dla rozwoju technologii mikrofalowej na potrzeby przyszłych eksploracji Księżyca i budowy bazy księżycowej.

Odniesienie: „Zależne od temperatury właściwości dielektryczne koreańskich symulacji księżycowych i ilmenitu: potencjał księżycowego przetwarzania mikrofalowego” Youngjae Kim, Hyunwoo Jin, Jangjoin Lee, Byunghyun Ryu i Heo Sung Shin, 13 maja 2024 r., Budownictwo i materiały budowlane.
DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2024.136599

Niniejsza praca została wykonana w ramach programu badawczego KICT (Projekt nr 20230081-001, Opracowanie symulatora środowiska i zaawansowanych technik konstrukcyjnych na TRL6 w warunkach ekstremalnych; Projekt nr 20230144-001, Architektura kosmiczna: Opracowanie technologii podstawowej na budowę siedlisk na Księżycu) finansowanego przez Ministerstwo Nauki, Informatyki i Komunikacji.