|
Материалы, необходимые для колонизации Луны и Марса
|
|
|
|
На протяжении всей истории, когда первопроходцы отправлялись на неизведанные территории, чтобы поселиться в отдаленных странах, они брали с собой только самое необходимое: инструменты, семена и одежду. Все остальное должно было исходить из их нового окружения.
|
|
|
|
Поэтому они строили укрытия из местных бревен, камней и дерна, добывали пищу и обрабатывали почву под ногами, а также изготавливали орудия труда из всего, что могли раздобыть. Это было трудно, но в конечном итоге те, кто добился успеха, создали все необходимое для выживания.
|
|
|
|
Нечто подобное произойдет, когда человечество покинет Землю и отправится в такие места, как Луна и Марс, хотя астронавты столкнутся с еще большими трудностями, чем, например, викинги, когда они достигли Гренландии и Ньюфаундленда. Астронавты не только будут иметь ограниченные запасы продовольствия и вынуждены будут жить за счет суши, они даже не смогут дышать воздухом.
|
|
|
|
Однако вместо топоров и плугов сегодняшние первопроходцы космонавтики привезут с собой 3D-принтеры. Как инженер и профессор, разрабатывающий технологии для расширения присутствия человека за пределами Земли, я сосредоточил свою работу и исследования на этих замечательных машинах.
|
|
|
|
3D-принтеры позволят создавать инструменты, сооружения и места обитания, необходимые космическим первопроходцам для выживания во враждебной инопланетной среде. Они позволят обеспечить долгосрочное присутствие человека на Луне и Марсе.
|
|
|
|
|
|
|
От молотков до мест обитания
|
|
|
|
На Земле с помощью 3D-печати можно слой за слоем изготавливать тысячи предметов - от сменных опор для ног до молотков и домов. Эти устройства используют сырье, такое как пластик, бетон или металл, и размещают его на компьютеризированном запрограммированном пути для создания детали. Это часто называют "аддитивным производством", потому что вы продолжаете добавлять материал для изготовления детали, а не удаляете его, как это делается при обычной механической обработке.
|
|
|
|
3D-печать в космосе уже осуществляется. На Международной космической станции астронавты используют 3D-принтеры для изготовления инструментов и запасных частей, таких как гаечные ключи, зажимы и кронштейны. В зависимости от детали, время печати может составлять от 30 минут до нескольких часов.
|
|
|
|
На данный момент материалы для печати в основном доставляются с Земли. Но НАСА также приступило к переработке некоторых из этих материалов, таких как отходы пластика, для изготовления новых деталей с помощью усовершенствованного 3D-принтера Refabricator, который будет установлен в 2019 году.
|
|
Производство в космосе
|
|
|
|
Вы, наверное, удивляетесь, почему исследователи космоса не могут просто взять с собой все необходимое. В конце концов, именно так строили Международную космическую станцию десятилетия назад — доставляя тонны готовых компонентов с Земли.
|
|
|
|
Но это непрактично для строительства жилых помещений в других мирах. Доставка материалов в космос обходится невероятно дорого. В настоящее время каждый фунт, запущенный на борту ракеты только для того, чтобы достичь низкой околоземной орбиты, обходится в тысячи долларов. По оценкам НАСА, первоначальные затраты на доставку материалов на Луну составляют около 500 000 долларов США за фунт.
|
|
|
|
Тем не менее, производство изделий в космосе является сложной задачей. В условиях микрогравитации в космосе или пониженной гравитации на Луне или Марсе материалы ведут себя иначе, чем на Земле. Уменьшите или устраните гравитацию, и материалы остынут и перекристаллизуются по-другому. Сила тяжести на Луне составляет одну шестую от земной, а на Марсе - около двух пятых. Инженеры и ученые сейчас работают над адаптацией 3D-принтеров для работы в этих условиях.
|
|
|
|
Используя почву из другого мира
|
|
|
|
В инопланетных мирах 3D-принтеры будут использовать не пластик и металл, а природные ресурсы, которые можно найти в этих условиях. Но найти подходящее сырье непросто. Среда обитания на Луне и Марсе должна защищать астронавтов от нехватки воздуха, экстремальных температур, воздействия микрометеоритов и радиации.
|
|
|
|
Реголит, мелкие, пыльные, похожие на песок частицы, которые покрывают как лунную, так и марсианскую поверхности, могли бы быть основным ингредиентом для изготовления этих жилищ. Воспринимайте реголит в обоих мирах как инопланетную грязь — в отличие от земной почвы, он содержит мало питательных веществ и, насколько нам известно, не содержит живых организмов. Но он может стать хорошим сырьем для 3D-печати.
|
|
|
|
Мои коллеги начали изучать эту возможность, сначала изучив, как ведет себя обычный цемент в космосе. Теперь я присоединяюсь к ним, чтобы разработать методы превращения реголита в материал, пригодный для печати, и в конечном итоге протестировать их на Луне.
|
|
|
|
Но получение реголита из другого мира представляет собой проблему. Образцы реголита, доставленные с Луны во время миссий "Аполлон" в 1960-х и 70-х годах, являются ценными, к ним трудно, если вообще возможно, получить доступ в исследовательских целях. Поэтому ученые используют имитаторы реголита для проверки своих идей. Реальный реголит может реагировать совершенно иначе, чем наши имитаторы. Мы просто не знаем.
|
|
|
|
Более того, реголит на Луне сильно отличается от того, что можно найти на Марсе. Марсианский реголит содержит оксид железа – именно он придает ему красноватый цвет, но лунный реголит в основном состоит из силикатов; он гораздо тоньше и угловатее. Исследователям нужно будет научиться использовать оба типа 3D-принтеров.
|
|
Применение на Земле
|
|
|
|
Программа НАСА по созданию технологий автономного планетарного строительства от Луны до Марса, также известная как MMPACT, развивает технологию, необходимую для печати таких мест обитания на инопланетных планетах.
|
|
|
|
Среди подходов, которые сейчас изучают ученые: бетон на основе реголита, частично изготовленный из поверхностного льда; плавление реголита при высоких температурах, а затем использование пресс-форм для его формования в жидком виде; и спекание, что означает нагрев реголита концентрированным солнечным светом, лазерами или микроволнами, чтобы сплавить частицы вместе, не подвергая их коррозии. потребность в связующих материалах.
|
|
|
|
Исходя из этого, мы с коллегами разработали марсианский бетон, который мы называем MarsCrete, материал, который мы использовали для 3D-печати небольшой тестовой конструкции для НАСА в 2017 году.
|
|
|
|
Затем, в мае 2019 года, используя другой тип специального бетона, мы напечатали на 3D-принтере прототип марсианской среды обитания в масштабе одной трети, который мог бы содержать все необходимое астронавтам для долгосрочного выживания, включая жилые модули, модули для сна, исследовательские модули и модули для производства продуктов питания.
|
|
|
|
Этот прототип продемонстрировал потенциал и трудности строительства жилья на красной планете. Но многие из этих технологий принесут пользу и людям на Земле.
|
|
|
|
Точно так же, как астронавты будут производить экологически чистые продукты из природных ресурсов, строители домов могут изготавливать бетон из вяжущих веществ и заполнителей, которые можно найти на месте, и, возможно, даже из переработанного строительного мусора. Инженеры уже адаптируют технологии, с помощью которых можно будет печатать марсианские среды обитания, для решения проблемы нехватки жилья у себя дома. Действительно, дома, напечатанные на 3D-принтере, уже представлены на рынке.
|
|
|
|
Тем временем продолжается работа по обеспечению присутствия человека за пределами Земли. Запуск "Артемиды III", который в настоящее время запланирован на 2027 год, станет первой посадкой человека с 1972 года. Полет НАСА на Марс может состояться уже в 2035 году.
|
|
|
|
Но куда бы ни отправились люди и когда бы они туда ни попали, я уверен, что 3D-принтеры станут одним из основных инструментов, позволяющих людям жить за счет чужой земли.
|
|
|
|
Источник
|
