Методы строительства лунных посадочных площадок могут включать в себя микроволновую обработку лунного грунта

Aug 26, 2023

Создание лунной базы будет иметь решающее значение для США в новой космической гонке, а строительство безопасных и экономически эффективных посадочных площадок для приземления космических кораблей будет иметь ключевое значение.

Эти подушки должны будут препятствовать пескоструйной обработке лунной пылью и частицами всего вокруг на скорости более 10 000 миль в час во время взлета или приземления ракеты, поскольку нет воздуха, который мог бы замедлить шлейф ракеты.

Однако не так ясно, как построить эти посадочные площадки, поскольку транспортировка материалов и тяжелого оборудования в космос на расстояние более 230 000 миль быстро становится непомерно дорогостоящей.

Вот почему исследователи из Университета Центральной Флориды работают над проектом, финансируемым НАСА, по поиску способов строительства лунных посадочных площадок, которые обеспечат безопасность людей и оборудования, но при этом будут экономичными и простыми в строительстве в космосе. Работу возглавляет оборонная и космическая производственная компания Cislune и включает исследования Университета штата Аризона.

Команда обнаружила, что метод, использующий микроволны для плавления лунного грунта в сочетании с разработанной UCF технологией обогащения или сортировки, может быть лучшим вариантом.

Результаты были недавно опубликованы в журнале New Space и в отчете, представленном НАСА.

«Для нашей страны стратегически важно иметь присутствие на Луне, потому что экономическая ценность ресурсов в космосе очень высока», — говоритФил Мецгер '00MS '05доктор философии , соавтор исследования. Он планетолог из Космического института Флориды, базирующегося в UCF.

США планируют вернуться на Луну в рамках миссии «Артемида», причем первая высадка экипажа на Луну, как ожидается, состоится в рамках миссии «Артемида-3» в 2025 году. В ходе будущих миссий будут созданы места обитания, оборудование для добычи ресурсов и многое другое.

На основе анализа четырех различных методов строительства, включая различные комбинации внутренних и внешних колец посадочной площадки, метод плавления или спекания с использованием микроволн оказался наиболее экономически эффективным, пока стоимость транспортировки на Луну остается выше Согласно новому исследованию, 100 000 долларов за килограмм (около 45 000 долларов за фунт).

Спекание становится еще более экономичным в сочетании с новой технологией обогащения, разработанной UCF, которая использует магнитные поля для вывода на поверхность минералов, наиболее пригодных для микроволновой обработки. Исследователи UCF разработали эту технологию после того, как обнаружили, что многие минералы, которые лучше всего подходят для микроволновой печи, также являются наиболее магнитными. Эти результаты были задокументированы в новом отчете НАСА.

«Мы показали, что можем увеличить поглощение микроволнового излучения примерно на 70–80%, сортируя частицы по магнитной восприимчивости», — говорит Мецгер.

По словам исследователя, процесс строительства может осуществляться марсоходами, которые будут черпать грунт, сортировать его с помощью магнитных полей, выкладывать слоями обратно на поверхность и плавить с помощью микроволн, говорит исследователь.

Исследование New Space показало, что вторым наиболее экономически эффективным методом, когда транспортные расходы превышают 100 000 долларов за килограмм, будут посадочные площадки на базе асфальтоукладчика.

Кроме того, как только транспортные расходы упадут ниже 100 000 долларов за килограмм из-за эффекта масштаба и возможности повторного использования ракет, посадочные площадки на основе полимеров станут более конкурентоспособным методом строительства внешней части посадочной площадки, чем спекание и брусчатка.

По словам Мецгера, каждый из методов имеет свои компромиссы, такие как затраты на энергию и строительство, которые необходимо учитывать.

«Цифры показали нам, что спекание на самом деле является лучшим методом, поскольку оно требует некоторого количества энергии, но стоимость энергии меньше, чем стоимость строительства и необходимости доставки расходных материалов на Луну», — говорит Мецгер.

Эрик Фрэнкс, основатель и главный исполнительный директор Cislune, говорит, что строительство поверхности на Луне и Марсе сильно отличается от строительства на Земле.

«Бетон и сталь широко используются на Земле и возникли в результате тысячелетий развития и расширения промышленности, основанной на обилии воды, угля и воздуха», - говорит он. «На других планетах у нас нет ископаемого топлива, а воздух и вода более ценны, чем золото. Потребуются другие процессы, и UCF и Cislune работают вместе, чтобы решить эти проблемы с помощью инновационных решений, таких как микроволновое спекание и обогащение почвы. "