В течение следующих нескольких десятилетий НАСА, Европейское космическое агентство (ЕКА), Китай и Россия планируют создать на лунной поверхности форпосты, которые обеспечат постоянное присутствие человека. Эти предложения направлены на использование достижений в аддитивном производстве (также известный как 3-D печать) с использованием ресурсов на месте (ISRU) для решения конкретных проблем жизни и работы на Луне.
Ради своей Международной Лунной Деревни ЕКА экспериментирует с «лунакретом» - лунным реголитом в сочетании со связующим веществом для создания строительного материала. Но недавно группа исследователей провела исследование (в сотрудничестве с ЕКА), которое показало, что лунакрет работает еще лучше, если вы добавите специальный ингредиент, который астронавты делают самостоятельно - моча!
Более конкретно, химическая мочевина, органическое соединение, содержащееся в моче животных. Группу, ответственную за эту находку, возглавляла Шима Пилехвар из Университетского колледжа Эстфолл, в которую входили члены из Норвегии, Испании, Нидерландов и Италии. Их исследование, которое недавно появилось в Журнал чистого производствапри поддержке Европейского центра космических исследований и технологий ЕКА (ESTEC).
Как они описывают в своем исследовании, команда провела несколько экспериментов, чтобы определить потенциал мочевины в качестве пластификатора. При включении в бетон они хотели посмотреть, не смягчит ли это исходную смесь и не сделает ее более податливой до затвердевания. Тестирование этого включало использование имитированного лунного реголита, разработанного ESA с мочевиной и различными пластификаторами, а затем 3-D печать конечного продукта.
Рамон Пэмис, профессор Картахенского политехнического университета (UPCT) и соавтор исследования, в недавнем пресс-релизе Sinc описал, как астронавты будут производить лунный бетон:
«Чтобы сделать геополимерный бетон, который будет использоваться на Луне, идея состоит в том, чтобы использовать то, что есть: реголит (сыпучий материал с поверхности Луны) и воду изо льда, присутствующую в некоторых областях. Но кроме того, благодаря этому исследованию мы увидели, что отходы, такие как моча персонала, занимающего лунные базы, также могут быть использованы. Двумя основными компонентами этой жидкости организма являются вода и мочевина, молекула, которая позволяет разрывать водородные связи и, следовательно, снижает вязкость многих водных смесей ».
Эксперименты проводились в Университетском колледже Эстфолл в Норвегии, где образцы были изготовлены и испытаны. Они также были подвергнуты анализу в UPCT с использованием метода, известного как рентгеновская дифракция. Эксперименты показали, что образцы, изготовленные с мочевиной, были способны выдерживать нагрузки с высоким весом, оставаясь почти полностью в той же форме.
Чтобы увидеть, как они выдержат экстремальные колебания температуры, такие как те, что присутствуют на Луне, образцы также нагревали до 80 ° C (176 ° F) и затем замораживали снова и снова. После восьми циклов замораживания-оттаивания их сопротивление было вновь проверено и оказалось еще более сильным. Короче говоря, эти испытания показали, что другая практика на месте (с использованием уборной) может помочь в строительстве лунных баз, которые могут обрабатывать элементы.
Хотя эти результаты обнадеживают (хотя и немного), команда подчеркивает, что необходимо провести дополнительное тестирование, а процесс извлечения еще не разработан. Анна-Лена Кёйксен, исследователь из Университетского колледжа Эстфолл, которая курировала исследование, указала:
«Мы еще не исследовали, как мочевина будет извлечена из мочи, так как мы оцениваем, будет ли это действительно необходимо, потому что, возможно, другие ее компоненты также могут быть использованы для формирования геополимерного бетона. Фактическая вода в моче может быть использована для смеси, вместе с той, что может быть получена на Луне, или для комбинации того и другого ».
Команда также подчеркнула необходимость дальнейшего тестирования, чтобы увидеть, какой строительный материал будет оптимальным для создания лунных баз. В дополнение к устойчивости и устойчивости к сильной жаре и холоду, это также должно быть чем-то, что может быть произведено серийно с помощью 3D-принтеров. Увы, это всего лишь одна из задач строительства лунной базы.
Но, как показывает это исследование, такие проблемы дают возможность проявить творческий подход. По мере того, как все ближе и ближе к точке, где запланированы ключевые лунные миссии - как Project Artemis, только для начала - мы можем ожидать, что будут предложены более творческие решения.
