Պերդյուի համալսարանի հետազոտողները մշակել են լուսնային փոշուց և թղթային զանգվածից գերթեթև ջերմամեկուսիչ նյութ պատրաստելու եղանակ։ Որպես հումք առաջարկվում է օգտագործել ռեգոլիթ և թղթային թափոնների մանրաթելեր, որոնք կարող են վերամշակվել անմիջապես Լուսնի վրա։ Այս տեխնոլոգիան հեռանկարում կօգնի կրճատել Երկրից շինանյութերի մատակարարումները և պաշտպանել ապագա լուսնային բնակավայրերը ծայրահեղ ջերմաստիճաններից։

Շինանյութ տեղական ռեսուրսներից

Լուսնի վրա մշտական բազաների ստեղծման գլխավոր խնդիրներից մեկը Երկրից մատակարարումներից կախվածությունը առավելագույնս կրճատելն է։ Յուրաքանչյուր հավելյալ կիլոգրամ բեռի առաքումը պահանջում է զգալի ռեսուրսներ, ուստի հետազոտողները ուղիներ են փնտրում օգտագործելու արբանյակի մակերեսին արդեն իսկ հասանելի նյութերը։

Քիմիայի պրոֆեսոր Ալեքսանդր Վեյի գլխավորությամբ Պերդյուի համալսարանի թիմն առաջարկել է լուսնային ռեգոլիթը վերածել աերոգելի հիմքի՝ ծայրահեղ թեթև նյութի, որն ունի արտահայտված ջերմամեկուսիչ հատկություններ։ Երկրորդ բաղադրիչը դարձել է ցելյուլոզը, որը ապագայում կարելի է ստանալ վերամշակված թղթից և բազայի բնակիչների այլ թափոններից։

Առաջին փորձարկումների համար գիտնականներն օգտագործել են լուսնային հողի իմիտատոր և մանրացված թղթից ստացված ցելյուլոզ։ Հետազոտության արդյունքները հրապարակվել են ACS Sustainable Chemistry & Engineering ամսագրում։

Գաղափարը տեղում ռեսուրսների անմիջական օգտագործման հայեցակարգի (ISRU) մասն է. փոխանակ Երկրից առաքելու շինարարության և սպասարկման համար անհրաժեշտ ամեն ինչ, ապագա գաղութաբնակները կկարողանան տեղական հումքն ու սեփական թափոնները վերամշակել օգտակար նյութերի։

Ինչպես է լուսնային փոշուց և թղթից ստացվում աերոգել

Աերոգելերն առանձնանում են ծայրահեղ ծակոտկեն կառուցվածքով. դրանց ծավալի մինչև 99%-ը կարող է բաժին ընկնել դատարկություններին։ Դրա շնորհիվ ջերմությունն անցնում է նյութի միջով զգալիորեն ավելի վատ, քան խիտ պինդ նյութերի դեպքում։

Երկրի վրա այս ծակոտիները սովորաբար լցված են օդով, իսկ Լուսնի պայմաններում դրանց ներսում կարող է լինել վակուում։ Այն գործնականում ջերմություն չի հաղորդում, ինչը նման նյութերը հեռանկարային է դարձնում բնակելի և տեխնիկական մոդուլները ջերմաստիճանային տատանումներից պաշտպանելու համար։

Փորձարկման ընթացքում հետազոտողները խառնել են ռեգոլիթի իմիտատորը, թղթային թափոնների ցելյուլոզային մանրաթելերը և ջուրը։ Խառնուրդը մշակվել է մոլորակային ջրաղացում՝ ծանր կերամիկական գնդիկներով։ Արդյունքում ցելյուլոզը տրולել է մինչև մեկ միկրոմետրից պակաս տրամագծով բարակ թելանման մանրաթելերի։ Ստացված նանոֆիբրիլացված ցելյուլոզը մեծացնում է նյութի մակերեսի մակերեսը և օգնում ամրացնել դրա կառուցվածքը։

Այնուհետև խառնուրդը սառեցվել է՝ ջրի հեռացմանը նախապատրաստելու համար։ Դիտարկվող եղանակներից մեկը լիոֆիլացումն է կամ սուբլիմացիոն չորացումը։ Այս գործընթացում սառեցված ջուրը պինդ վիճակից անմիջապես անցնում է գազային վիճակի՝ շրջանցելով հեղուկ փուլը։

Ըստ Վեյի՝ նման մեթոդը կարող է հատկապես հարմար լինել Լուսնի վրա արտադրության համար։ Այնտեղ արդեն կա բնական վակուում, իսկ գիշերային ջերմաստիճանը իջնում է զրոյից ցածր։ Բացի այդ, չորացման ժամանակ հեռացված ջուրը կարելի է հավաքել և կրկին օգտագործել՝ ստեղծելով փակ արտադրական ցիկլ։

Ջերմամեկուսացման և ամրության միջև

Հետազոտողները պատրաստել են աերոգելի մի քանի տարբերակ՝ ռեգոլիթի և ցելյուլոզի տարբեր հարաբերակցությամբ, որպեսզի որոշեն, թե ինչպես է բաղադրությունն ազդում նյութի հատկությունների վրա։

Փորձարկումները բացահայտել են փոխզիջում ջերմամեկուսացման և մեխանիկական ամրության միջև։ Ավելի փոքր ցելյուլոզային բաժինով նմուշները սովորաբար ստացվել են ավելի քիչ խիտ և ավելի լավ են պահել ջերմությունը։ Ռեգոլիթի պարունակության ավելացումը նույնպես ցանկալի է գործնական տեսանկյունից. Լուսնի վրա այն շատ ավելի շատ է, քան ցանկացած բերովի նյութ։

Սակայն հենց ցելյուլոզային մանրաթելերն են օգնում աերոգելին պահպանել մեխանիկական ամբողջականությունը։ Հետևաբար, դրանց բաժնի ավելացման դեպքում նյութն ավելի ամուր է դառնում, բայց դրա ջերմամեկուսիչ հատկությունները փոխվում են ոչ թե դեպի լավը։

Ապագայում հետազոտողները պետք է գտնեն օպտիմալ բաղադրություն, որն ապահովելու է բավարար ամրություն գործնական կիրառման համար և միաժամանակ պահպանելու է ցածր ջերմահաղորդականությունը։

Մինչև լուսնային շինարարությունը դեռ երկար ճանապարհ կա

Մշակումը դեռևս գտնվում է փորձարարական փուլում։ Գիտնականներն աշխատել են ռեգոլիթի իմիտատորի և վերամշակված թղթի հետ, այլ ոչ թե նյութն արտադրել են անմիջապես Լուսնի վրա։ Հետևաբար, լուսնային պայմաններում աերոգելի լիարժեք արտադրության հնարավորությունը դեռ պետք է ստուգել։

Բացի այդ, ապագա շինանյութը պետք է դիմադրի ոչ միայն ջերմաստիճանային տատանումներին, այլև մեխանիկական ծանրաբեռնվածությանը, ճառագայթման ազդեցությանը և լուսնային միջավայրի այլ առանձնահատկություններին։ Համապատասխան հումքի առկայությունն ինքնին չի երաշխավորում, որ դրա վերամշակումը կլինի բավականաչափ պարզ և տնտեսող։

Այնուամենայնիվ, մոտեցումն հետաքրքր է նրանով, որ միանգամից միավորում է երկու գաղափար՝ տեղական հողի օգտագործումը և թափոնների կրկնակի կիրառումը։ Եթե տեխնոլոգիան հաջողվի մասշտաբավորել, ապագա լուսնային բազաները կկարողանան արտադրել անհրաժեշտ ջերմամեկուսացման մի մասն այն նյութերից, որոնք այլ դեպքում անօգուտ կհամարվեին։ Սա չի լուծի Երկրից դուրս շինարարության բոլոր խնդիրները, բայց կարող է մարդու երկարատև ներկայությունը Լուսնի վրա դարձնել ավելի քիչ կախված կանոնավոր բեռնափոխադրումներից։