Российские учёные разработали и протестировали технологию изготовления мелких деталей из лунного грунта. Методику опробовали на его земном аналоге, который изготовлен на основе золы и пепла вулкана Толбачик.

Предложенный способ предполагает лазерное спекание частиц. Этот способ позволит создавать необходимые для лунной техники запчасти прямо на спутнике, что значительно снизит затраты на космические миссии. Эксперты полагают, что новая технология станет востребованной, когда на Луне появится развитая энергетика.

Как получают имитатор лунного грунта

Российские учёные протестировали технологию изготовления деталей из аналога лунного грунта, что может стать одним из ключевых способов создания инфраструктуры прямо на спутнике Земли. Об этом рассказали в пресс-службе Минобрнауки РФ. В разработке приняли участие сотрудники Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского (ГЕОХИ) РАН и Научно-исследовательского института перспективных материалов и технологий.

Как объяснили специалисты, в качестве сырья был использован имитатор лунного грунта VI-T. Его изготавливают из пепла и золы вулкана Толбачик, расположенного на Камчатке, для применения в технологиях 3D-печати.

«Среди земных пород вулканический пепел наиболее приближен к реголиту (лунному грунту) по химическому и минеральному составам. При этом породы Толбачика имеют низкую степень выветрелости, их легко добывать, и они удобны для транспортировки. Также материал отличается наличием в нем аморфной (не кристаллической) фазы, что не всегда присутствует в других имитаторах», — рассказал младший научный сотрудник лаборатории геохимии Луны и планет ГЕОХИ РАН Иван Агапкин.

Он пояснил, что грунты на поверхности спутника Земли разделяют на два типа в зависимости от их расположения. Это тёмные породы лунных «морей» и светлые «материковые». Однако в реальности в большинстве районов состав реголита смешанный. Это подтверждают образцы, доставленные на Землю экспедициями «Аполлон-11», «Луна-16» и «Чанъэ-6». Пепел Толбачика соответствует такому промежуточному составу.

Какие запчасти для лунной техники можно создавать

«Изготовление образца производили методом лазерного спекания, при котором мощный и тонкий луч направленного света сплавляет частицы исходного материала. В результате эксперимента был получен образец размерами 5 мм на 15 мм с характеристиками твёрдости, достаточными для применения в лунных условиях», — сообщил Иван Агапкин.

По его словам, технология позволяет оперативно создавать небольшие изделия сложной формы: винтики, болтики, кольца и прочие малогабаритные конструкции. Однако метод достаточно энергозатратен, поэтому в полной мере он станет востребован только на этапе, когда на Луне появится развитая энергетика. Например, когда на её поверхности запустят в эксплуатацию российскую электростанцию с ядерным источником энергии.

На первых порах на спутнике Земли будут развивать более экономичные способы обработки материала, предположил учёный. Например, в ходе экспедиции «Чанъэ-8» непосредственно на поверхности Луны опробуют технологию спекания реголита с помощью концентрированного солнечного излучения. Для этих целей инженеры разработали специальные устройства, которые будут фокусировать свет на участках лунного грунта, чтобы расплавить его и спечь в твёрдые кирпичи или плиты.

Станция «Чанъэ-8» отправится на Луну в 2028 году. Её цель — отработка технологий для создания будущей автономной лунной исследовательской базы.

Как наземные испытания помогают сэкономить

«Испытание техники на Земле помогает избежать рисков и сэкономить значительные ресурсы. Например, ранее, когда не было понимания, из чего состоит лунный грунт, конструкторы не знали, как проектировать посадочные модули — в расчёте на мягкую или твёрдую поверхность. Это создавало множество неопределённостей», — сообщил заведующий кафедрой инжиниринга технологического оборудования Университета МИСИС, генеральный директор конструкторского бюро «Карфидов Лаб» Алексей Карфидов.

В целом лазерная обработка вместе с 3D-печатью — перспективная технология, которая открывает возможности для создания новых материалов с улучшенными свойствами, добавил он.

«Главный плюс лазерного спекания на Луне — возможность использовать местные ресурсы, что колоссально снижает стоимость миссий. Технология позволяет создавать высокопрочные элементы конструкций и легко поддаётся автоматизации. На спутнике нет атмосферы, которая рассеивает лазерные лучи. Поэтому точность изготовления деталей будет выше», — рассказал доцент кафедры строительства и объектов тепловой и атомной энергетики НИУ МГСУ Вячеслав Белов.

Однако у метода есть и минусы: высокое энергопотребление, сложность механизмов и их чувствительность к лунной пыли, перепадам температур и радиации, добавил он. Отдельный вызов — подготовка реголита, так перед применением нужно получить фракции с определённым размером частиц.

«Кроме лазерного спекания существует ещё ряд методов, которые подходят для применения в лунных условиях. Самый элементарный — это наполнение прочных тканевых мешков реголитом и укладка их роботами в виде стен или горизонтальных поверхностей. Этот способ прост и надёжен, однако сами мешки нужно везти с Земли», — рассказал техник лаборатории исследований и испытаний строительных материалов, изделий и конструкций НИИСФ РААСН Владислав Флоренский.

Смешивание лунного грунта с цементом также требует меньше энергии, чем спекание, но и в этом случае связующее вещество придется доставлять с нашей планеты. Ещё один вариант — строительство баз внутри естественных подземных структур, таких как пещеры или лавовые трубки, добавил эксперт. Минусы здесь связаны с необходимостью сложной разведки и работ по укреплению.

«Поверхность Луны — агрессивная среда. Поэтому при её освоении необходимо строить системы защиты и жизнеобеспечения. При этом доставка материалов с Земли крайне затратна. Проще привезти оборудование и создавать нужные объекты на месте. Для этого требуются роботы и аддитивные технологии», — объяснил директор НПО «Андроидная техника» Евгений Дудоров.

Прежде чем отправлять человека на Луну, необходимо отработать технологии на Земле, пояснил эксперт. По его словам, частично это можно сделать с помощью цифрового моделирования, однако практика показывает, что реальные условия гораздо сложнее. Поэтому для отработки технологий необходимы аналоги лунных материалов, близкие по своим физико-техническим свойствам.

Текст: Андрей Коршунов.
Источник: «Известия».