Κατασκευάζοντας μια βάση στη Σελήνη με εκτύπωση 3D

“Η τεχνολογία 3D εκτύπωσης στη γη έχει παράγει ολόκληρες κατασκευές”, είπε ο Laurent Pambaguian, επικεφαλής του έργου για την ESA.

“Η δική μας βιομηχανική ομάδα ερεύνησε εάν θα μπορούσε ομοίως να χρησιμοποιηθεί για να κατασκευάσει ένα σεληνιακό οίκημα”.

Οι Foster + Partners επινόησαν ένα ‘αλυσοειδές’ σχέδιο θόλου που κρατάει το βάρος με ένα τοίχωμα δομημένο με κυψέλες για να λειτουργεί ως προστασία ενάντια σε μικρομετεωρίτες και διαστημική ακτινοβολία, ενσωματώνοντας επίσης και ένα πεπιεσμένο φουσκωτό που θα λειτουργεί ως καταφύγιο για τους αστροναύτες.

Μια κλειστή κοιλότητα κυψελιδικής δομής – που θυμίζει οστά πτηνών – παρέχει ένα καλό συνδυασμό αντοχής και βάρους.

Ο σχεδιασμός της βάσης καθοδηγήθηκε με τη σειρά του από τις ιδιότητες των 3D-εκτυπώσεων σεληνιακού εδάφους, με ένα οικοδομικό τετράγωνο 1,5 τόνου που παράχθηκε ως επίδειξη.

“Η 3D εκτύπωση προσφέρει ένα δυνητικό μέσο για τη διευκόλυνση μιας σεληνιακής εγκατάστασης με μειωμένη επίγεια υλικοτεχνική υποστήριξη”, πρόσθεσε ο Scott Hovland από την ομάδα επανδρωμένων διαστημικών πτήσεων της ESA.

“Οι νέες δυνατότητες που ανοίγονται με το έργο αυτό μπορούν έπειτα να θεωρηθούν από τους διεθνείς οργανισμούς διαστήματος ως μέρος της τρέχουσας ανάπτυξης μιας κοινής στρατηγικής για την εξερεύνηση του διαστήματος”.

“Ως πρακτική, έχουμε συνηθίσει το σχεδιασμό για περιπτώσεις ακραίων καιρικών φαινομένων στη Γη και την αξιοποίηση των περιβαλλοντικών οφελών από τη χρήση τοπικών, βιώσιμων υλικών”, παρατήρησε ο Xavier De Kestelier  της ομάδας Specialist Modelling της Foster + Partners. “Το οίκημα μας στη σελήνη ακολουθεί μια παρόμοια λογική”.

Η βρετανική εταιρεία Monolite παρείχε τον εκτυπωτή D-Shape, με μία κινητή διάταξη εκτυπώσεως με τα ακροφύσια να βρίσκονται σε ένα πλαίσιο 6 μέτρων για να ψεκάσουν ένα διάλυμα σε ένα δομικό υλικό που μοιάζει με άμμο.

Οι εκτυπώσεις 3D χτίζονται επίπεδο προς επίπεδο – η εταιρία χρησιμοποιεί συνήθως τον εκτυπωτή αυτό για να δημιουργήσει γλυπτά και εργάζεται σε τεχνητούς κοραλλιογενείς υφάλους με σκοπό τη διαφύλαξη των παραλιών από ισχυρά θαλάσσια κύματα.

“Αρχικά, έπρεπε να αναμείξουμε το σεληνιακό υλικό με οξείδιο του μαγνησίου – αυτό το μετατρέπει σε ‘χαρτί’ με το οποίο μπορούμε να τυπώσουμε”, εξήγησε ο ιδρυτής της Monolite, Enrico Dini.

“Στη συνέχεια, για το δομικό μας ‘μελάνι’ εφαρμόζουμε ένα άλας το οποίο μετατρέπει το υλικό σε στερεό που μοιάζει με την πέτρα”.

“Ο εκτυπωτής που έχουμε στη διάθεσή μας έχει κατασκευαστικό ρυθμό περίπου 2 μέτρα ανά ώρα, ενώ το επόμενης γενιάς σχέδιό μας θα πρέπει να επιτυγχάνει 3,5 μέτρα ανά ώρα, ολοκληρώνοντας ένα ολόκληρο κτίριο σε μια εβδομάδα”.

Η ιταλική εταιρεία ερευνών Alta SpA εργάστηκε με το Πανεπιστήμιο Μηχανικής  Scuola Superiore Sant'Anna που βρίσκεται στην Πίζα,για την προσαρμογή 3D τεχνικών εκτύπωσης σε μια αποστολή στη Σελήνη και για τη διασφάλιση της διαδικασίας ελέγχου ποιότητας. Εκτιμήθηκε επίσης το αποτέλεσμα της εργασίας σε συνθήκες κενού αέρος.

“Η διαδικασία βασίζεται στην εφαρμογή υγρών – αλλά όπως είναι γνωστό τα μη-προστατευμένα υγρά εξατμίζονται στο κενό”, δήλωσε ο Giovanni Cesaretti της Alta.

“Γι 'αυτό το λόγο εισάγαμε το ακροφύσιο του 3D εκτυπωτή κάτω από το εδαφικό στρώμα. Βρήκαμε μικρά σταγονίδια – της κλίμακας των 2 χιλιοστών – που εφαρμόστηκαν τα οποία παγιδεύτηκαν στο έδαφος από δυνάμεις του τριχοειδούς φαινομένου, γεγονός που σημαίνει ότι η διαδικασία εκτύπωσης μπορεί πράγματι να λειτουργήσει στο κενό”.

 Εξειδικευμένες εταιρείες παράγουν τεχνητό εδαφικό κάλυμμα ειδικά για επιστημονικές δοκιμές, το οποίο συνήθως πωλείται με το κιλό. Ωστόσο η ομάδα χρειάστηκε πολλούς τόνους για το έργο της.

“Άλλο ένα χρήσιμο αποτέλεσμα ήταν πως ανακαλύψαμε μια Ευρωπαϊκή πηγή που μοιάζει με το σεληνιακό εδαφικό κάλυμμα”, πρόσθεσε ο Enrico.

“Οι  ηφαιστειογενείς πέτρες (ειδικότερα οι βαλσατικές) από ένα ηφαίστειο στην κεντρική Ιταλία αποδείχθηκαν να έχουν κατά  99,8% ομοιότητα με το σεληνιακό έδαφος”.

“Το έργο αυτό πραγματοποιήθηκε μέσω του Γενικού Προγράμματος Σπουδών της ESA, το οποίο ασχολείται με την εξέταση νέων ζητημάτων”, σχολίασε ο Laurent.

“Έχουμε επιβεβαιώσει τη βασική ιδέα, και έχουμε συγκεντρώσει μια ικανή ομάδα για να συνεχίσει την εργασία”.

Παράγοντες όπως ο έλεγχος της σεληνιακής σκόνης – που είναι επικίνδυνη εάν εισπνευστεί – και θερμικοί παράγοντες θα πρέπει να μελετηθούν περαιτέρω.

Η εκτύπωση 3D λειτουργεί καλύτερα σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά οι περισσότερες θερμοκρασίες της Σελήνης ποικίλλουν σε μεγάλο βαθμό κατά τις ημέρες και τις νύχτες διάρκειας δύο εβδομάδων η κάθε μια. Για έναν πιθανό οικισμό, οι σεληνιακοί πόλοι προσφέρουν το πιο μέτριο θερμοκρασιακό φάσμα.