Цивилизация
Колонизация Луны человеком — уже давно не утопичная фантазия, а перспективная цель. Базу на Луне люди хотят строить не «для галочки» — она может принести ощутимую пользу. Луна обладает и разнообразными полезными ископаемыми, в том числе и ценными для промышленности металлами: железом, алюминием, титаном. В поверхностном слое грунта (реголите) накоплен редкий на Земле изотоп гелий-3, который может использоваться в качестве топлива для перспективных термоядерных реакторов. Глубокий вакуум и наличие дешёвой солнечной энергии открывают новые горизонты для электроники, литейного производства, металлообработки и материаловедения. Луна, благодаря своим впечатляющим ландшафтам и экзотичности, была бы привлекательным объектом для туристов.
Поэтому ESA экспериментирует с различными подходами, которые могли бы позволить развернуть строительство на спутнике нашей планеты в будущем. На данном этапе
с помощью промышленных компаний ESA разрабатывает проект лунной 3D-базы из космического грунта.
«На Земле с помощью 3D-печати уже создают полноценные структуры. Наши коллеги-промышленники попытались понять, можно ли аналогичным образом построить безопасную среду для обитания человека на Луне», — пояснил Лоран Помбажан, возглавляющий проект со стороны ESA.
Компания Foster + Partners, во главе которой стоит известный архитектор Норман Фостер, создатель известного лондонского небоскреба «огурец» и других зданий, предложила в качестве несущей конструкции навесные «купола». Специальная структура их стен защитит обитателей от микрометеоритов и космического излучения. Жить астронавты будут внутри купола, в надувном «коконе». Полая структура, по строению напоминающая кости птиц, должна стать неплохим компромиссом прочности и легкости. Модель базы рассчитана на 3D-печать из полуторатонного бруска лунной почвы.
«3D-печать потенциально может обеспечить постройку лунного поселения без массовых поставок материалов с Земли.
Новые возможности, которые эта идея открывает, могут быть приняты во внимание международными космическими агентствами в контексте их собственных проектов исследования Луны», — добавил Скотт Ховланд, занимающийся в ESA пилотируемыми полетами.
«На Земле мы уже приспособились к строительству в экстремальных условиях и научились использовать преимущества конкретной среды, ориентируясь на местные природные материалы. Той же логикой мы руководствуемся и в лунном проекте», — поясняет Ксавье де Кестелье из Foster + Partners.
Принтер D-Shape, на котором печатают базу, снабжен блоком сопел на шестиметровой рамке, которые распыляют клейкий раствор на строительный материал с консистенцией песка. 3D-отпечатки делаются послойно. Сейчас компания Monolite использует его на искусственных коралловых рифах для создания защиты от разрушения мощными морскими волнами.
«Сначала мы смешали наш модельный лунный грунт с оксидом магния. Так получилась «бумага», на которой мы можем печатать. Затем мы применяем наши «чернила» — особый соляной раствор, который скрепляет «бумагу» в твердую структуру.
Сейчас наш принтер печатает примерно со скоростью два метра в час, однако принтер следующего поколения уже достигнет скорости в 3,5 метра в час — так все здание можно закончить за неделю»,
— поясняет основатель компании Monolite Энрико Дини.
Адаптацией «земного» принтера к космическим работам занималась итальянская космическая компания Alta SpA в сотрудничестве с техническим университетом Scuola Superiore Sant'Anna в Пизе. Особенно учитывались особенности работы в вакууме: ведь в этих условиях жидкость мгновенно закипит.
«Чтобы избежать этого, мы помещаем сопла под слой реголита. Мы обнаружили, что 2-миллиметровые капельки успешно удерживаются в нем капиллярными силами, поэтому процесс печати может проходить в вакууме», — пояснил Джованни Чезаретти, сотрудник Alta.
Интересным побочным результатом работы стало открытие источника «лунного» грунта в Европе. Вообще реголит производится и продается специализированными компаниями в килограммовых количествах, но для этого проекта его нужны тонны.
Решение нашлось в Апеннинах. Базальтовая скальная порода спящего вулкана в центральной Италии оказалась на 99,8% идентична лунному грунту.
Сейчас завершена проверка обоснованности самой концепции, дальнейшая работа еще впереди. Предстоит учесть и другие угрозы: опасную для вдыхания людьми лунную пыль, температурные особенности Луны. 3D-печати хорошо «живется» при комнатной температуре, однако из-за отсутствия атмосферы на Луне разница ночной и дневной температур очень велика. Более «мягким» климатом отличаются лишь полюса.