Будущие лунные колонисты будут сталкиваться с задачей постройки жилья на поверхности Луны из реголита. Доставка «кирпичей и досок» с Земли будет нерентабельной из-за высоких затрат. Ученые давно доказали возможность превращения реголита в строительный материал. Сейчас существует около двадцати методов создания компонентов для строительства из реголита. Группа китайских ученых определила самый эффективный метод.
Для колонизации Луны нужны укрытия и жилища, защищающие поселенцев от радиации, экстремальных температур (до минус 170 градусов ночью и плюс 130 днем) . В отличие от Земли, Луна не имеет плотной атмосферы и магнитного поля, которые защищают нашу планету.
Для возведения на Луне домов и построек необходимы строительные материалы. Доставка их с Земли затруднена и затратна. Поэтому ученые предложилиСоздавать лунные станции из regolith, который имеется на Луне в большом количестве.
Лунный реголит схож с земным песком: фрагменты лунных пород и минералов разного размера, от микрона до нескольких миллиметров, стекла, обломки метеоритов. Реголит сформировался из-за резких температурных перепадов, выветривания, вулканических извержений и постоянной бомбардировки метеоритами. В течение миллиардов лет метеориты врезались в лунную поверхность, разрушая породы до мелких частиц.
В состав реголита преимущественно входят оксид кремния, оксид железа и оксид алюминия, а также некоторые другие вещества. Глубина залегания реголита составляет 5-10 метров, за исключением базальтовых равнин, где толщина слоя меньше.
Ученые давно доказали применимость реголита как строительного материала для возведения больших сооружений. Для производства из него «кирпичей и досок» разработали около 20 методов с особенностями и недостатками. Все методы используют различные источники энергии и добавки, разные условия обработки и разную продолжительность. Общая цель — затвердение реголита, то есть получение прочного и твердого материала в итоге.
Группа инженеров под руководством Пенг Фенга из Университета Цинхуа проанализировала методы добычи строительных материалов из реголита, оценила их достоинства и недостатки, и определила наиболее результативные. опубликованы в журнале Engineering.
Рассматривая технические особенности каждого метода и протекающие химические процессы при производстве конечного продукта, Фенг с соавторами классифицировали существующие методики на четыре группы.
Процесс реакционного затвердевания напоминает производство бетона. Частицы лунного грунта склеиваются между собой посредством реакции с добавками — химическими соединениями, которые доставят на Луну. В результате получается твердый материал, где лунный грунт составляет от 60 до 95 процентов смеси.
Процесс спекания/плавления предполагает нагрев реголита до высоких температур, что приводит к образованию твердого материала из чистого реголита. Для этого требуется температура выше 1000 градусов Цельсия, что может вызвать трудности с обеспечением энергоснабжения и эксплуатацией оборудования на поверхности Луны.
Метод связующего затвердевания предполагает использование связующего вещества для объединения частиц реголита. В результате получается продукт с содержанием от 65 до 95 процентов реголита. Этот метод менее энергозатратный по сравнению с плавлением, что повышает его безопасность.
Также данная методика производства реголита существенно сокращает время по сравнению с реакционным отверждением.
Метод удержания частиц реголита реализуется с помощью специальной ткани, которая их связывает, но не образует химические связи. В результате получается «реголитовый мешок», состоящий преимущественно из реголита. Метод требует небольших температур и времени, а сформированные компоненты хорошо растягиваются. Однако материал может быть недостаточно прочным.
Фенг с соратниками создал количественный метод оценки 8IMEM на основе восьми показателей и системы баллов для определения наиэффективнее из четырех способов добычи реголита. В исследовании учитывались стоимость каждого способа, производительность, безопасность, энергопотребление и потребность в ресурсах.
Метод изоляции («реголитовый мешок») получилПо системе команды Фенга наибольшее количество баллов получил данный способ. Специалисты считают его лучшим из всех четырех: наиболее эффективным, безопасным и экономически выгодным. Технология требует меньше материалов, оборудования и энергии, а также позволяет создавать крупные строительные элементы для возведения помещений на Луне.
Ученые считают, что полученные ими результаты позволят в будущем выбрать оптимальный способ возведения лунных баз и послужат руководством для первопроходцев.