2028 yılına kadar NASA, Artemis III misyonunun bir parçası olarak aya “ilk kadın ve ilk renk kişisi” ni indirmeyi planlıyor. Apollo astronotları 1972’de orada yürüdüğünden beri insanlar ay yüzeyinde ilk kez olacak.
Uluslararası ve ticari ortakların yanı sıra NASA, Artemis’in ayda uzun vadeli tesisler ve habitatları içerebilecek bir “sürekli ay keşif ve gelişim programı” sağlayacağını umuyor. Ağır yüklerin piyasaya sürülmesinin masrafı göz önüne alındığında, aya gereken tüm ekipman ve malzemeleri göndermek pratik değildir.
Bu, aydaki yapıların yerinde kaynaklar (ISRU) olarak bilinen bir süreç olan yerel kaynaklar kullanılarak üretilmesi gerektiği anlamına gelir. Ay’da, bu süreç, ay regolitini yapı malzemelerine dönüştürmek için katkı üretiminde (AM) veya 3D baskıdaki ilerlemelerden yararlanır. Ne yazık ki, teknik sorunlar, 3D baskı tekniğinin çoğunun ay yüzeyinde mümkün olmadığı anlamına gelir.
Son zamanlarda yayınlanan bir çalışmada Arxiv Arkansas Üniversitesi tarafından yönetilen bir araştırmacı ekibi olan Preprint Server, tüm yapıları bastırmak yerine ay tuğlaları üretmek için ışık tabanlı sinterlemenin kullanıldığı alternatif bir yöntem önerdi.
Araştırma ekibi, Arkansas Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü’nde yardımcı doçent olan Wan Shou tarafından yönetiliyor. Ona Cole McCallum, Youwen Liang ve Üniversite Mühendislik Koleji’nde onur kolej üyesi, araştırma görevlisi ve doktora öğrencisi Nahid Tushar katıldı. Ekip ayrıca Houston Üniversitesi Mekanik ve Havacılık Mühendisliği Bölümü’nden araştırmacıları ve Tampere Üniversitesi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi’ni de içeriyordu.
Makalelerinde belirttikleri gibi, Ay’da kalıcı (veya yarı kalıcı) bir taban oluşturmak Apollo döneminden bu yana araştırma çalışmaları ve önerileri konusu olmuştur. Bu planlar her zaman gerekli makine ve inşaat malzemelerinin, bunları büyük bir maliyetle teslim etmeleri için birçok ağır fırlatma aracı gerektireceği basit gerçeği ile gölgelenmiştir. Üretim gönderme maliyeti son on yılda önemli ölçüde düşmüş olsa da, büyük ölçüde ticari alan sektörünün yeniden kullanılabilir roketlerin gelişimi sayesinde, astronotların bir ay tesisi inşa etmek için ihtiyaç duyacağı her şeyi başlatmanın maliyeti hala yasaktır.
Sonuç olarak, sadece ISRU ayda üsler oluşturmak için yeterli olacaktır. Ne yazık ki, 3D baskı yapıları için önerilen yöntemlerin çoğu, yerçekiminin önemli ölçüde daha düşük olduğu (Dünya’nın% 16.5’i) ve sıcaklıkların aşırı olduğu ay ortamında pratik değildir. NASA ve diğer uzay ajanslarının tabanlarını inşa etmeyi planladığı ayın Güney Kutup-Aitken havzasında, güneş ışığı alanlarında 54 ° C (130 ° F) ile gölgeli bölgelerde -246 ° C (-410 ° F) arasında değişir. Bunun nedeni, çoğu AM yönteminin çözücüler, polimerler veya diğer bağlama maddeleri de dahil olmak üzere aya ek malzemelerin başlatılmasını gerektirmesidir.
Örnekler arasında, Avrupa Uzay Ajansı’nın (ESA) 3D baskılı bir Moonbase konsepti oluşturmak için mimarlık firması Foster + Partners ile çalışması yer alıyor.
Prof. Sou’nun açıkladığı gibi, “Ekstrüzyon veya baskı için macun veya kompozit hazırlamak için bir çözücü gerektiren birçok AM yöntemi vardır; bu yaklaşımlar mümkün değildir, çünkü çözücülerin taşınması birçok potansiyel soruna neden olabilir. Çözücülerin buharlaştırılması, AM’yi gerçekleştirmek için bağlayıcılar veya polimerler – ek malzemeler, ayrıca bu makineler yapmayı gerektirir”, bu makineler gerektirir. “
Sinterleme teknolojisi, aydaki 3D baskı yapıları için potansiyel bir yöntem olarak da araştırılmıştır. Bu, erimiş bir seramiğe dönüştürmek için lazerler, mikrodalga fırınlar veya diğer enerji kaynakları ile bombardıman regolitinden oluşur. Bu seramik daha sonra yazdırılır, katmanla katman yapar ve havaya veya ay ortamının vakumuna maruz kaldıktan sonra soğur ve sertleşir. Bu yöntem enerji yoğundur ve muhtemelen kilopown reaktörü gibi bir nükleer güç kaynağı gerektirir.
“Bu nedenle ekibimiz, yapıların kendileri için sadece ay malzemesine ihtiyaç duyulan bir sistem öngörüyor, böylece Binder ikmal görevlerinin darboğazını ortadan kaldırıyor.”
Test ettikleri ve tavsiye ettikleri yöntem, bir dizi optik tarafından hammadde için bir dizi optik tarafından konsantre edilen güneş ışığına dayanan ışık bazlı sinterleme olarak bilinir. Araştırmacılar, cam ve aynalar üretmek için ay regoliti simulant kullanarak bu teknolojiyi Dünya üzerindeki test ettiler. Ay’da güneş enerjisi güneşli bölgelerde sürekli olarak mevcuttur ve bol miktarda bulunur, bu da onu taşınması gereken bir güç kaynağından çok daha güvenilir hale getirir. Sistemin sadeliği, bir şey bozulursa onarımların zor olacağı zorlu ortamlar için oldukça arzu edilir hale getirir.
Bununla birlikte, deneyler teknolojinin tüm yapıları modaya uygun olduğunda hala problemler yaşadığını göstermiştir. Bu amaçla, Sou ekibi bunun yerine bina bileşenleri üretmeye odaklandı.
Cole, “Bu konudaki çoğu araştırma hala bir bağlayıcı ve ay toprağı karışımına dayansa da, regolitin silika içeriği, yüksek sıcaklıklarda sinterce olduğunda kendisine bağlanabileceği şekildedir. Bunu daha büyük yapılarla denerken bulduğumuz şey, yarattığımız kısımlarda daha az homojenlik ve bu nedenle daha az hassasiyetti.
“Bundan, yöntemimiz için en iyi kullanım durumunun, büyük ölçekli yapılarda kullanılmak üzere çok sayıda birbirine taşıma ve yeniden yapılandırılabilir tuğlaların üretilmesine odaklanmak olduğunu belirledik. Bu ‘Lego tuğlaları’ yaklaşımının da yararlı olduğuna inanıyoruz çünkü ekipmanın her bir birim daha küçük olduğu genel alan çok daha küçük olduğu için Lunar görevleri için hacim kısıtlamalarına uyabilir.”
Çalışmaları, ay regolitini eritmek ve yapı malzemeleri oluşturmak için farklı enerji kaynaklarından yararlanan sinterleme teknolojisi üzerine mevcut araştırmalara dayanmaktadır. Bu, NASA’nın, ajansın alçakgönüllü hex-bombalanmış terresal Explorer (sporcu) aracını mikrodalga-sterlinik teknolojiye sahip donatmayı öneren uzay mimari firması Sinterhab ile çalışmasını içeriyor. Ancak Cole, konseptlerinin özellikle yeniden yapılandırılabilir tuğlalar üretme şekli nedeniyle çekici olduğunu söyledi.
“Özellikle tuğla montajlarımızın yeniden yapılandırılabilirliği, bina süreci ile elde edebileceğimiz esneklik nedeniyle heyecan vericidir. Farklı parçaların farklı malzeme gereksinimlerine sahip olacağı için, sorunun karşılaştığı sorunun bir kısmının ihtiyaç duyulduğu ve yüksek hassasiyetin istendiği gibi, radyasyonun istendiği gibi, çok fazla yöntemimizin, vaat ettiğimiz gibi, vaadimiz olduğu gibi.
Ancak konsept gerçekleşmeden önce, hala çok fazla iş yapılması gerekiyor. Shou’nun belirttiği gibi, sinterleme parametrelerini ve malzeme özelliklerini optimize etmek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. Ekip ayrıca bir prototip oluşturmayı ve laboratuvar testleri yapmayı planlıyor, bu da teknolojiyi ayda kullanılmak üzere rafine etmelerini ve ölçeklendirmelerine izin vereceğini umuyorlar. Ayrıca, ortaya çıkan 3D yazıcının ay yüzeyi boyunca kendini nasıl taşıyacağını, hangi güç seçeneklerine güveneceğini ve diğer hususları da düşünmeleri gerekir.
Cole, “Tam uygulama söz konusu olduğunda, hala yapılması gereken çok fazla mühendislik var.” “Gelecekte, sinterleme işleminin bir boşlukta nasıl değiştiğini veya yapı platformunda hangi değişikliklere ihtiyaç duyulacağını düşünmemiz gerekecek, böylece parçaların güneşi izlerken güvenilir bir şekilde yapılabilmesi için.
“Buna ek olarak, cihazımızın bu araştırma için çalıştığımız laboratuvar ortamına kıyasla sert koşullara dayanabilmesi gerekiyor. Bunların hepsi zorlu sorunlar, ancak sonunda, tüm bunların arkasındaki bilim iyi anlaşılıyor.”
