Wetenschap
Onderzoekers kwantificeren de ideale in situ constructiemethode voor maanhabitats
Er zijn bijna twintig technieken gebruikt voor het bereiden van op regoliet gebaseerde bouwmaterialen, elk met verschillende vereisten en mogelijkheden. Professor Feng van de Tsinghua Universiteit heeft een uitgebreide review, nauwkeurige classificatie en kwantitatieve evaluatie uitgevoerd van regolith-stollings- en vormingstechnieken, waardoor licht wordt geworpen op de belangrijkste uitdagingen en toekomstige ontwikkelingsrichtingen. Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift Engineering .
Op basis van de technische mechanismen van binding en cohesie tussen deeltjes kunnen de stollings- en vormingstechnologieën van regoliet worden onderverdeeld in vier groepen:reactiestolling (RS), sinteren/smelten (SM), hechtingstolling (BS) en methoden voor opsluitingsvorming (CF). . Specifieke technieken worden verder gecategoriseerd op basis van implementatievereisten, waardoor een robuust technologisch compositiesysteem ontstaat. Dit onderzoek beschrijft elke techniek kwantitatief, waarbij processen en prestatieparameters worden samengevat.
Bij reactiestolling worden regolietdeeltjes aan elkaar gebonden door middel van gereageerde verbindingen. Deze methode is gebaseerd op reactiematerialen die door raketten worden getransporteerd, waarbij lokale regoliet doorgaans 60% tot 95% van het totale mengsel uitmaakt.
Bij sinteren/smelten wordt de regoliet onderworpen aan een behandeling bij hoge temperatuur, waarbij in situ verhoudingen gewoonlijk 100% bereiken. Verwarmingstemperaturen boven de 1000°C kunnen echter problemen opleveren met betrekking tot de energievoorziening en de werking van de apparatuur.
Als alternatief wordt bij het stollen van de binding gebruik gemaakt van bindmiddelen om deeltjes te hechten, met een in situ verhouding van 65% -95%. Deze methode vereist lagere temperaturen en minder tijd voor stolling. Bij de vorming van opsluiting wordt gebruik gemaakt van stof om regoliet in te sluiten, waardoor componenten van regolietzakken worden gevormd door algehele opsluiting zonder verbindingen tussen deeltjes tot stand te brengen. Met een in situ verhouding tot 99% vereist deze methode relatief lage temperatuur- en tijdvereisten, terwijl de gevormde componenten een trekvoordeel vertonen maar mogelijk niet voldoende druksterkte hebben.
In de zoektocht naar kosteneffectieve en hoogwaardige materialen voor de constructie van de maan staan onderzoekers voor de uitdaging om het verbruik van hulpbronnen, de energiebehoefte en de operationele complexiteit te minimaliseren en tegelijkertijd de betrouwbaarheid in de maanomgeving te garanderen. Om dit aan te pakken introduceert het onderzoeksteam de 8IMEM-kwantificeringsmethode, die acht evaluatie-indicatoren en scoredrempels omvat die zijn afgestemd op de bouwbehoeften.
Volgens de evaluatieresultaten komt het in zakken doen van regoliet naar voren als de hoogst gewaardeerde techniek, die minder materiaal-, apparatuur- en energievereisten vereist en een snelle vorming van grote componenten mogelijk maakt. Het biedt veelbelovende perspectieven voor grootschalige in situ maanconstructie.
Sinter-/smelttechnieken scoren consistent hoog, terwijl giettechnieken een uitzonderlijke uithardingssterkte vertonen, waardoor ze geschikt zijn voor de productie van kritische componenten. Technieken voor het smelten van zonne-energie maken direct gebruik van zonne-energie, waardoor ze ideaal zijn voor constructies met een laag energieverbruik.
Om in lijn te zijn met de constructieomstandigheden van de maan en de langetermijndoelstellingen van de Internationale Maanonderzoeksstations, is een alomvattend plan in vier fasen bedacht:Laboratorium, Onderzoeksstation, Woonplaats en Habitat. Elke fase heeft specifieke functies en verschillende constructiedoelstellingen, waardoor een progressieve en duurzame ontwikkeling van de maaninfrastructuur wordt gegarandeerd.
De laboratoriumfase ondersteunt voornamelijk onbemande onderzoeksprojecten, terwijl de onderzoeksstationfase astronauten huisvest voor tijdelijke wetenschappelijke onderzoeksmissies. Het Residence-podium is ontworpen om aan alle werk- en levensvereisten van astronauten op de maan te voldoen en lijkt qua functionaliteit op een ruimtestation. Ten slotte wordt de Habitat-fase voorgesteld als een zelfvoorzienende habitat voor menselijk leven en een relaisstation voor verkenning van de diepe ruimte.
Om de bouwdoelstellingen van elke fase te bereiken, analyseerde het onderzoeksteam de structurele bouwdoelstellingen verder. Op basis van kwantitatieve evaluaties stelden ze regolith-zaktechnologie voor als oplossing voor de constructie van de maanbasis.
Door gebruik te maken van de inzichten die uit deze uitgebreide evaluatie zijn voortgekomen, kunnen onderzoekers weloverwogen beslissingen nemen over materiaalvoorbereidingstechnieken, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor geoptimaliseerde maanconstructie-inspanningen. Bovendien is het voorgestelde maanhabitatontwerp op basis van regolietzakken een praktische referentie voor toekomstig onderzoek.