Как 3D-печать проложит путь к колонизации Луны?

Строительство лунной базы — это очень важная задача для освоения космоса. Лунная база может выступать в качестве стартовой площадки для космических путешествий — это выгодно и экономически, и технически из-за ее низкой гравитации и  чрезвычайно тонкой газовой оболочки, а также из-за возможности использовать водород и кислород из лунного льда для ракетного топлива.

Но строительство базы на Луне — не самая простая задача. Строить нужно из материала, который защитит людей и научные приборы от вредного космического излучения и метеоритов. Перевозка тяжелого бетона и других стройматериалов с Земли на Луну — слишком дорогое удовольствие. То есть нужно использовать материалы, которые уже находятся на Луне, причем из них понадобится создавать не только строительные блоки, но и запасные части для машин и оборудования.

Поэтому ученые разрабатывают возможность использования лунной пыли — мелкого гравия, который называют лунным реголитом, — для печати на специальных 3D-принтерах. Лунный реголит представляет собой природный керамический материал, напоминающий по составу вулканический пепел на Земле. Расплавив его, можно печатать различные типы структур на специально разработанном 3D-принтере, причем делать это непосредственно на поверхности Луны. Речь о так называемом автономном аддитивном производстве.

Российские ученые из Сколтеха провели исследование, результаты которого опубликованы в журнале Acta Astronautica. В нем они подробно описали геологическое строение лунной поверхности и свойства лунного грунта (реголита), а также его имитаторов в контексте их дальнейшего использования в качестве сырья для 3D-печати на поверхности Луны.

В своей работе авторы провели оценку различных методов трехмерной печати с позиции их пригодности для производства на месте и ремонтопригодности оборудования. Конечно, особое внимание уделялось вопросу адаптации методов к условиям низкой гравитации, ограниченного энергопотребления, габаритных и весовых ограничений всех компонентов, которые можно доставить на Луну. Также ученые рассматривали, насколько масштабируемы технологии печати и каковы их низкогравитационные характеристики.

По словам Максима Исаченкова, одного из авторов исследования, технологии 3D-печати станут одним из краеугольных камней освоения Луны. Ведь благодаря им можно обеспечить будущих космонавтов необходимой инфраструктурой, запасными частями и инструментами за счет использования местных ресурсов, и все это без дорогостоящей транспортировки.

Однако вывод всего исследования — универсального способа трехмерной печати, способного справиться со всеми задачами сразу, не существует. Каждый из методов имеет свою собственную нишу, зависящую от множества факторов. Было бы целесообразно разработать стратегию использования на Луне методов аддитивной печати по отдельности или в комбинации и выбрать тот, который лучше всего подходит для конкретной цели.

Авторы рассчитывают, что их обзор методов трехмерной печати применительно к условиям Луны поможет исследователям во всем мире найти наиболее перспективные для дальнейших разработок аддитивные технологии. Также они планируют привлечь к этим исследованиям больше специалистов, что в конечном итоге будет способствовать устойчивому развитию будущей лунной инфраструктуры и расширению присутствия человека в космосе.

В России ученые запустили и свои собственные исследования в этой области. Лаборатория аддитивного производства CDMM инициировала исследования применимости различных технологий трехмерной печати для лунного реголита. 

В частности, положительные результаты получены при использовании стереолитографии, которая помогает изготавливать высокопрочные прецизионные керамические детали. Первые лабораторные образцы, полученные из имитатора лунного грунта, разработанного NASA, показали, что такой способ в принципе может использоваться на Луне для строительства на ней инфраструктуры. Сейчас в планах ученых — адаптировать стереолитографию для автономной работы в условиях низкой лунной гравитации.