Vende tilbage til månen? 3D-print med månestøv kan være nøglen til fremtidens måneliv

Hele Apollo 11-missionen til månen tog kun otte dage. Hvis vi nogensinde ønsker at bygge permanente baser på månen, eller måske endda Mars eller hinsides, så skal fremtidige astronauter bruge mange flere dage, måneder og måske endda år i rummet uden en konstant livline til Jorden. Spørgsmålet er, hvordan de skulle få fat i alt, hvad de havde brug for. Det ville være enormt dyrt at bruge raketter til at sende alt udstyr og forsyninger til at bygge og vedligeholde langsigtede bosættelser på månen.

Det er her 3-D-print kan komme ind, giver astronauter mulighed for at konstruere alt, hvad deres månekoloni har brug for af råmaterialer. Meget af spændingen omkring 3-D-print i rummet har fokuseret på at bruge det til at konstruere bygninger fra månesten. Men min forskning tyder på, at det faktisk kan være mere praktisk at bruge dette månestøv til at levere månens produktionslaboratorier, der fremstiller udskiftningskomponenter til alle slags udstyr.

Teknisk kendt som additiv fremstilling, 3-D-print omfatter en sofistikeret gruppe af teknologier, der kan producere fysiske produkter af næsten enhver form eller geometrisk kompleksitet fra digitale designs. Teknologien kan allerede lave ting fra en enorm palet af materialer, herunder metaller, keramik og plast, hvoraf nogle kan bruges til at lave rumegnet udstyr.

3-D-print har også den ekstra fordel at arbejde med minimal menneskelig involvering. Du kan bare indstille den til at udskrive og vente på det færdige produkt. Det betyder, at den endda kan fjernbetjenes. I teorien, du kunne sende en 3-D-printer til månen (eller en hvilken som helst anden rumdestination) forud for en menneskelig besætning, og den kunne begynde at fremstille strukturer, før astronauterne overhovedet ankom.

Der er, selvfølgelig, væsentlige udfordringer. 3-D print er primært udviklet til brug på Jorden, stole på visse konsistente niveauer af tyngdekraft og temperatur for at fungere som designet. Indtil videre bruger den materialer, der er væsentligt mindre komplekse end dem, der findes på månens eller Mars' overflade.

Udskrivning med månestøv

Månen er dækket af regolith, en løs, pulverformigt materiale dannet af millioner af års meteorer, der bombarderer månens overflade. Dette har langsomt forvandlet de øverste lag af grundfjeldet til et jordlignende materiale lavet af korn på mindre end et par millimeter på tværs. Mens du i teorien kunne bruge regolith til additiv fremstilling, til 3-D-printede huse eller endnu mere basale komponenter såsom mursten og cement ville du have brug for yderligere materialer fra Jorden til at blande med regolitten såsom flydende bindemidler.

Mine kolleger og jeg har undersøgt, hvordan du kan 3-D-printe en række tekniske komponenter udelukkende ved brug af regolith. Vores teknik går ud på at bruge en laser til at omdanne en meget lille mængde energi til varme, der kan smelte og smelte sammen korn af regolith for at danne en tynd, men solid skive af materialet. Ved at gentage denne proces flere gange og tilføje flere lag i rækkefølge, vi kan til sidst bygge et tredimensionelt objekt.

Hvert lag er mere end 1 mm tykt, og det vil derfor tage upraktisk tid at bygge store strukturer såsom vægge eller komplette shelters. I stedet, det er meget bedre til at producere mindre, præcist designede meget detaljerede objekter såsom støv- eller vandfiltre, som typisk har brug for huller på mindre end en mikron (0,001 mm). 3-D-print ville være særligt nyttigt til at kopiere vitale komponenter, hvis de skulle blive beskadiget eller slidt, og skulle udskiftes hurtigere, end det ville tage et forsyningsskib at bringe et nyt fra Jorden.

For at finde ud af, hvordan du får denne 3-D-print til at fungere i rummet, vi har foretaget dybtgående undersøgelser af både materialet og processerne, og forsøgte at forstå, hvordan forholdene på månen sandsynligvis ville påvirke dem. Uden en klar forsyning af ægte regolit, vi brugte et materiale, der efterligner dets store kemiske og mineralske sammensætning. Dette blev dannet under meget anderledes forhold end et meteorbombardement, men det er komplekst nok til, at vi kan studere dens interaktion med laseren og bruge den viden til at vurdere, hvordan ægte regolit ville reagere.

Vi mangler stadig bedre at forstå materialet og dets interaktion med 3-D printprocessen, og udvikle nye tekniske løsninger for at overvinde eventuelle begrænsninger. På dette tidspunkt, det er endda svært for os at vide, hvilke slags ting der kan gå galt. Men et godt næste skridt ville være at teste 3-D-print med ægte regolith. Eksisterende prøver på Jorden er meget begrænsede, men med menneskeheden klar til at gå ind i en ny æra med måneaktivitet, måske en klar forsyning snart kunne blive tilgængelig.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.