Πώς σχεδιάζουν οι επιστήμονες να χτίσουν μια βάση στο φεγγάρι;

Αναμένετε μια σημαντική πηγή βελτιωμένης απόδοσης θέρμανσης μικροκυμάτων.

NASAΤο πρόγραμμα Artemis της NASA στοχεύει στη δημιουργία μιας σεληνιακής βάσης ως μέρος μιας επανδρωμένης πρωτοβουλίας εξερεύνησης της Σελήνης. Ωστόσο, οι προσδοκίες του κοινού από αυτή τη διαστημική βάση μπορεί να διαφέρουν από αυτές που απεικονίζονται σε δημοφιλείς ταινίες επιστημονικής φαντασίας. Η κατασκευή μιας σεληνιακής βάσης απαιτεί ένα ευρύ φάσμα δομικών υλικών, το οποίο συνεπάγεται σημαντικό κόστος μεταφοράς. Αυτά τα υλικά πρέπει να εκτοξεύονται από τη Γη χρησιμοποιώντας πυραύλους.

Δεδομένου ότι η μεταφορά οικοδομικών υλικών από τη Γη στη Σελήνη είναι δαπανηρή και χρονοβόρα, πρέπει να χρησιμοποιηθούν τοπικά υλικά προκειμένου να δημιουργηθεί μια σεληνιακή βάση. Ένας πολλά υποσχόμενος τρόπος για την κατασκευή μιας σεληνιακής βάσης χρησιμοποιώντας τοπικά υλικά είναι η ανόπτηση με μικροκύματα, η οποία σκληραίνει το σεληνιακό έδαφος (έδαφος) κάτω από το σημείο τήξης του.

Ενεργή έρευνα για τη διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης σεληνιακού εδάφους με χρήση λέιζερ, ηλιακής ενέργειας και μικροκυμάτων διεξάγεται αυτήν τη στιγμή σε όλο τον κόσμο. Μεταξύ αυτών των τεχνολογιών, η πυροσυσσωμάτωση μικροκυμάτων του σεληνιακού εδάφους είναι μια εξέχουσα τεχνολογία που αναπτύσσεται από διάφορα ιδρύματα, συμπεριλαμβανομένης της NASA και της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας.Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος), και το Ινστιτούτο Πολιτικών Μηχανικών και Τεχνολογίας Κατασκευών της Κορέας (KICT, Πρόεδρος Kim Byung-sook).

Έρευνα για την πυροσυσσωμάτωση μικροκυμάτων

Μια ερευνητική ομάδα (Dr. Gangwon, Lee, Dr. Young-jae, Kim, and Dr. Hyun-woo, Jin) με επικεφαλής τον Dr. Hyo-sung, Shin στο τμήμα έρευνας Future and Intelligent Building στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Κορέας διεξάγει επί του παρόντος μια μελέτη για τούβλα που μιμούνται το σεληνιακό χώμα που μιμούνται με μικροκύματα. Αυτή η έρευνα χρησιμοποιεί τεχνικές πυροσυσσωμάτωσης παρόμοιες με το ψήσιμο κεραμικών, αυξάνοντας τη θερμοκρασία για τη δημιουργία συμπαγών τούβλων.

Τα τούβλα κατασκευασμένα από υλικά που μιμούνται τον σεληνιακό ρεγόλιθο έχουν αντοχή μεγαλύτερη από 20 MPa, η οποία είναι παρόμοια με το σκυρόδεμα. Η θέρμανση με μικροκύματα εξαρτάται από τις διηλεκτρικές ιδιότητες του υλικού, επομένως είναι απαραίτητη η λεπτομερής μελέτη των διηλεκτρικών ιδιοτήτων του σεληνιακού ρεγολίθου. Επί του παρόντος, δεν υπάρχει αρκετή έρευνα για το πώς αντιδρούν οι σεληνιακούς ρεγόλιθους στη θέρμανση των μικροκυμάτων σε διάφορες θερμοκρασίες.

Διερεύνηση σεληνιακών υλικών

Ως μέρος της έρευνας πυροσυσσωμάτωσης μικροκυμάτων, η ερευνητική ομάδα ερεύνησε τις διηλεκτρικές ιδιότητες του Κορεατικού Σεληνιακού Προσομοιωτή (KLS-1) και του ιλμενίτη (τιτανικού σιδήρου) σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Ο ιλμενίτης είναι ένα άφθονο ορυκτό στο φεγγάρι και είναι γνωστό ότι ενισχύει την απόδοση της θέρμανσης με μικροκύματα. Ωστόσο, δεν έχουν πραγματοποιηθεί λεπτομερείς μελέτες για τις διηλεκτρικές ιδιότητες του ιλμενίτη και τη συμπεριφορά του κατά τη θέρμανση με μικροκύματα.

Τα αποτελέσματα της έρευνας δείχνουν ότι η προσομοίωση σεληνιακού ρεγολίθου έχει την ιδιότητα διαφάνειας των μικροκυμάτων. Κάτι που δυσκολεύει τη θέρμανση τους. Ωστόσο, ο ιλμενίτης (τιτανικός σίδηρος) αλληλεπιδρά έντονα με τα μικροκύματα λόγω της μοναδικής κρυσταλλικής δομής του, επιτρέποντας την ταχεία θέρμανση σε υψηλές θερμοκρασίες. Επιπλέον, η ανάλυση των κρυσταλλικών δομών του προσομοιωμένου σεληνιακού ρεγολίθου και του ιλμενίτη αποκάλυψε με επιτυχία τους κύριους παράγοντες που συμβάλλουν στην αύξηση των αλληλεπιδράσεων των ορυκτών με τα μικροκύματα.

Η χρήση ενός τοπικού πόρου, του ιλμενίτη, ως θερμαντικού στοιχείου στην κατασκευή της σεληνιακής βάσης με τη χρήση πυροσυσσωμάτωσης μικροκυμάτων σημαίνει αποτελεσματική και ταχεία παραγωγή του δομικού υλικού. Ο Δρ Young Jae Kim του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Κορέας εξέφρασε την προσδοκία του ότι αυτή η έρευνα θα αποτελέσει μια κρίσιμη βάση για την ανάπτυξη τεχνολογίας μικροκυμάτων για μελλοντική εξερεύνηση της Σελήνης και κατασκευή σεληνιακής βάσης.

Αναφορά: «Διηλεκτρικές ιδιότητες που εξαρτώνται από τη θερμοκρασία των κορεατικών σεληνιακών προσομοιώσεων και ιλμενίτης: δυναμικό για σεληνιακή επεξεργασία μικροκυμάτων» από τους Youngjae Kim, Hyunwoo Jin, Jangjoin Lee, Byunghyun Ryu και Heo Sung Shin, 13 Μαΐου 2024, Οικοδομικά και κατασκευαστικά υλικά.
DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2024.136599

Αυτή η μελέτη πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο του ερευνητικού προγράμματος KICT (Project No. 20230081-001, Development of an περιβαλλοντικού προσομοιωτή και προηγμένες τεχνικές κατασκευής στο TRL6 σε ακραίες συνθήκες· Project No. 20230144-001, Space Architecture: Development of basic technology για την κατασκευή οικοτόπων στη Σελήνη) που χρηματοδοτείται από το Υπουργείο Επιστημών, Τεχνολογίας Πληροφορικής και Επικοινωνιών.