Solul lunar simulat și materialele plastice reciclabile, soluții pentru construcțiile spațiale viitoare
Transportul materialelor de pe Pământ pe Lună reprezintă o operațiune extrem de costisitoare. Conform unor estimări, mutarea unui singur kilogram de material poate depăși un milion de dolari. Orice plan de a construi un habitat uman permanent pe satelitul natural al Pământului depinde de reducerea acestor costuri exorbitante.
Inginerii și planificatorii au analizat de mult timp regolitul lunar – fragmentele mici și ascuțite de rocă și praful care acoperă suprafața Lunii – ca pe un ingredient abundent și valoros pentru imprimare 3D. Un studiu recent realizat la Universitatea Concordia demonstrează cum combinarea regolitului cu plastic de înaltă performanță reciclat ar putea fi folosită pentru a imprima 3D componente direct pe Lună, pentru viitoarele misiuni lunare.
Compozitul din regolit simulat și PEKK reciclat
Cercetătorii au creat un compozit folosind un simulant de regolit lunar și un termoplastic reciclabil de înaltă performanță cunoscut sub numele de poli(eter cetonă cetonă), sau PEKK. Acest compozit a fost utilizat pentru a imprima 3D cu succes componente concepute să absoarbă energie și să se deformeze sub sarcină, mai degrabă decât să servească drept componente structurale permanente.
Aceste structuri, cunoscute sub denumirea de structuri sacrificabile, au fost folosite pentru a măsura cât de bine rezistă compozitul la solicitări similare celor pe care mecanismul de aterizare al unui modul lunar ar trebui să le absoarbă la impact. Cercetătorii au produs, de asemenea, o cheie din același material compozit.
Studiul a constatat că regolitul lunar adăugat a contribuit la reducerea contracției și deformării în timpul tratamentului termic. Aceasta este un avantaj important pentru fabricarea pe Lună, unde accesul la echipamente pentru procesare suplimentară este extrem de limitat.
Rezultatele cercetării
Cercetarea a fost realizată de Farshad Malekpour și Mehdi Hojjati, profesor în Departamentul de Inginerie Mecanică, Industrială și Aerospațială, și a fost publicată în revista Composites Part B: Engineering.
Un aspect crucial al demonstrațiilor este că PEKK utilizat a fost reciclat dintr-o structură sacrificabilă anterioară, dovedind că poate fi procesat și reutilizat păstrându-și proprietățile termice și mecanice. Cercetătorii au reciclat materialul de trei ori fără a observa vreo degradare semnificativă sau pierdere a proprietăților structurale și mecanice.
Deșeurile de PEKK colectate au fost tocate, măcinate într-o pulbere, uscate termic și apoi amestecate cu un simulant de regolit lunar disponibil comercial. Materialul rezultat a fost transformat în filament și imprimat 3D în forme standard și într-o structură sacrificabilă: în acest caz, o configurație puternică, ușoară, asemănătoare unui burete, concepută pentru a permite materialelor plastice să se îndoaie și să revină la forma originală fără a se deteriora.
Testarea proprietăților materialului
Cercetătorii au testat modul în care materialul reacționează la căldură, întindere, îndoire și compresiune. De asemenea, au tratat termic unele mostre pentru a vedea cum acest proces suplimentar le afectează performanța. Compozitul reciclat a demonstrat stabilitate termică, iar particulele de regolit s-au distribuit uniform în plastic.
Adăugarea simulantului de regolit a scăzut, de asemenea, temperatura la care PEKK cristalizează în timpul încălzirii, făcând procesul de tratament termic mai eficient. Totuși, compozitul a prezentat o porozitate internă mai mare decât PEKK-ul nemixat, ceea ce l-a făcut mai fragil. Cercetătorii notează că plasticul reciclat în sine nu s-a degradat.
Perspective pentru explorarea spațială
Cercetătorii afirmă că acest studiu este printre primele care demonstrează o abordare cu circuit închis ce combină reciclarea unui polimer de înaltă performanță, de calitate spațială, cu regolitul lunar. Ei notează că, deși tehnologia este încă foarte nouă, aceasta oferă o cale promițătoare pentru utilizarea eficientă a materialelor limitate în explorarea spațială.
