Группа ученых из Германии провела эксперимент и выяснила, что проблему лунной пыли, а заодно дорог и посадочных площадок на поверхности нашего спутника можно решить благодаря правильно подобранной линзе, которая сыграет роль концентратора солнечного света, и местного материала — реголита.
Если люди собираются снова высадиться на Луну (после 2025 года, проект «Артемида»), а также построить там базу (к 2030-му, все та же «Артемида»), им нужно будет решить очень важную проблему — лунная пыль. Ее очень мелкие частицы имеют острые грани и обладают абразивными свойствами. Иными словами, колонизаторы столкнутся с облаками острых осколков, способных не только повредить оборудование и технику, но и скафандры, даже проникнуть внутрь них.
Во время полетов американцев на Луну эта проблема уже возникала: скафандры начинали понемногу терять герметичность после первого выхода, пыль наводнила посадочный модуль и создавала затруднения с дыханием у астронавтов.
Одно из решений проблемы — возведение дорог и посадочных площадок с твердым покрытием, что позволит в разы сократить распространение этой пыли. Однако транспортировка материалов с Земли для строительства инфраструктуры на поверхности спутника обойдется дорого, поэтому необходимо разработать способы, позволяющие брать для этих целей местные ресурсы.
Группа ученых из разных университетов Германии под руководством физика Йенса Гюнстера в своей статье, опубликованной в журнале Scientific Reports, рассказала, что смогла подобрать метод высокотемпературной плавки, с помощью которого из реголита можно изготовить прочные конструкции для дорожного покрытия.
Исследователям давно известно, что реголит можно «превратить» в строительный материал, применяя либо солнечный свет, либо лазер. Для этого реголит сперва нагревают, пока он не расплавится, а затем охлаждают. Однако основная проблема заключается в качестве готовой конструкции. Чтобы получить из реголита необходимый строительный элемент, нужно подобрать правильную технологию производства. Если использовать слишком маленький диаметр луча, слишком слабую концентрацию света, неправильно его сфокусировать или, например, выбрать не те мощности и температуры, на выходе может получиться неподходящая деталь — с деформацией.
Гюнстер и его команда попытались выяснить, может ли плавление реголита большим пучком сфокусированного света стать «правильной технологией» создания качественных структур для дорог и посадочных площадок на Луне.
Для эксперимента ученые взяли углекислотный лазер (чтобы воссоздать концентрированный солнечный свет) мощностью до 12 киловатт и диаметром луча до 100 миллиметров, а также мелкозернистый материал EAC-1A — он выступил как имитатор лунного реголита.
После этого физики экспериментировали с мощностями установки и диаметрами лазерного луча, направляя его на EAC-1A, чтобы создать прочный материал. В итоге исследователям удалось подобрать параметры, с помощью которых они смогли получить плотные треугольникоподобные фигуры с полым центром размером 250 на 250 миллиметров. Такие детали ученые создали, применяя выходную мощность лазера в три киловатта и диаметр луча в 45 миллиметров.
Авторы исследования отметили, что новые конструкции могут работать в сцепке, в результате получится твердая поверхность, которую можно уложить на больших участках лунного грунта и затем использовать в качестве площадок и дорог.
«Такую технологию можно воспроизвести на Луне, и туда не нужно отправлять лазер, достаточно линзы, которая действовала бы как концентратор солнечного света. Если учитывать требуемые мощность и диаметр луча, линза должна будет занимать площадь примерно 2,37 квадратного метра», — пояснил Гюнстер.
В любом случае проверить эти выводы можно только одним способом — отправить линзу требуемого размера на наш спутник и воссоздать там эксперимент немецких физиков.
