Όταν οι αστροναύτες επιστρέψουν στη σεληνιακή επιφάνεια, πιθανότατα θα οδηγούν περισσότερο παρά θα περπατούν. Όμως για να κρατήσουν μακριά την επικίνδυνη φεγγαρόσκονη θα χρειαστούν δρόμους. Σ ένα project της ESA που αναφέρεται στο Nature Scientific Reports, δοκιμάστηκε η δημιουργία οδικών επιφανειών λιώνοντας προσομοιωμένη σεληνόσκονη με ένα ισχυρό λέιζερ.
Με τον πολιτισμό έρχονται δρόμοι, και αυτό θα ισχύει ιδιαίτερα στη Σελήνη, μόνο και μόνο για να κρατήσει μακριά τη σκόνη. Η σεληνιακή σκόνη είναι εξαιρετικά λεπτή, λειαντική και κολλώδης.
Σημειωτέον, όταν το σεληνιακό ρόβερ Apollo 17 έχασε το πίσω φτερό του, το όχημα επικαλύφθηκε τόσο πολύ με σκόνη που απείλησε να υπερθερμανθεί, μέχρι που οι αστροναύτες αυτοσχεδίασαν μια επισκευή χρησιμοποιώντας ανακυκλωμένους σεληνιακούς χάρτες. Το ρόβερ Lunokod 2 της Σοβιετικής Ένωσης πράγματι χάθηκε από υπερθέρμανση όταν το ψυγείο του καλύφθηκε από σκόνη.
Το αεροσκάφος Surveyor 3 αμμοβολήθηκε με σκόνη όταν το Apollo 12 Lunar Module προσγειώθηκε περίπου 180 μέτρα μακριά. Η τρέχουσα μοντελοποίηση της NASA υποδηλώνει ότι καθώς τα σεληνιακά σκάφη προσγειώνονται, τα λοφία του προωθητήρα τους θα μπορούσαν να εκτοπίσουν τόνους σκόνης, δυνητικά προσκολλώντας στις επιφάνειες των προσγειώσεων καθώς και καλύπτοντας ολόκληρη την περιοχή της προσγείωσης.
Η πιο πρακτική λύση για να κρατηθεί μακριά η σκόνη είναι η δημιουργία πλακόστρωτου πάνω από περιοχές δραστηριότητας στη Σελήνη, συμπεριλαμβανομένων των δρόμων και των επιφανειών προσγείωσης. Η ιδέα της τήξης της άμμου για τη δημιουργία δρόμων προτάθηκε για πρώτη φορά για τη Γη, το 1933.
Ένα μικρό βήμα στο δρόμο προς τους σεληνιακούς δρόμους
Το έργο PAVER της ESA — Ανοίγοντας το δρόμο για πυροσυσσωμάτωση μεγάλης έκτασης ρεγολίθου – διερεύνησε τη σκοπιμότητα αυτής της ίδιας προσέγγισης για σεληνιακή οδοποιία, με επικεφαλής το γερμανικό Ινστιτούτο Έρευνας και Δοκιμών Υλικών BAM με το Πανεπιστήμιο Aalen στη Γερμανία, το LIQUIFER Systems Group στην Αυστρία και το Πανεπιστήμιο Clausthal της Γερμανίας Τεχνολογίας , με την υποστήριξη του Ινστιτούτου Φυσικής Υλικών στο Διάστημα του Γερμανικού Αεροδιαστημικού Κέντρου, DLR .
Η κοινοπραξία PAVER χρησιμοποίησε ένα λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα 12 κιλοβάτ για να λιώσει προσομοιωμένη σεληνόσκονη σε μια υαλώδη στερεή επιφάνεια, ως τρόπο κατασκευής πλακόστρωτων επιφανειών στην όψη της Σελήνης.
Όπως εξηγεί ο μηχανικός υλικών της ESA, Advenit Makaya, το έργο στην πραγματικότητα επιστρέφει στην αρχική ιδέα του 1933: «Στην πράξη δεν θα φέρναμε λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα στη Σελήνη. Αντίθετα, αυτό το τρέχον λέιζερ χρησιμεύει ως πηγή φωτός για τα πειράματά μας, για να πάρει τη θέση του σεληνιακού ηλιακού φωτός που θα μπορούσε να συγκεντρωθεί χρησιμοποιώντας έναν φακό Fresnel πλάτους δύο μέτρων για να παράγει ισοδύναμο λιώσιμο στην επιφάνεια της Σελήνης.
«Κατά τη διάρκεια προηγούμενων επιτόπιων έργων χρήσης πόρων – συμπεριλαμβανομένης της οικοδόμησης με τούβλα και τη χρήση ηλιακής θερμότητας με συγκέντρωση καθρέφτη – εξετάζαμε την επιφανειακή τήξη που περιορίζεται σε σχετικά μικρά σημεία τήξης, από λίγα χιλιοστά έως μερικά εκατοστά σε διάμετρο. Για την κατασκευή δρόμων ή επιφανειών προσγείωσης απαιτείται ένα πολύ ευρύτερο εστιακό σημείο, για να είναι δυνατή η σάρωση μιας πολύ ευρείας περιοχής σε πρακτικό χρονοδιάγραμμα».
Στις εγκαταστάσεις που εγκαταστάθηκαν στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Clausthal, η κοινοπραξία πέτυχε μέγεθος σποτ 5-10 cm.
Προχωρώντας σε δοκιμές και λάθη, επινόησαν μια στρατηγική χρησιμοποιώντας μια δέσμη λέιζερ διαμέτρου 4,5 εκατοστών για να παράγουν τριγωνικά, κοίλα στο κέντρο γεωμετρικά σχήματα πλάτους περίπου 20 εκατοστών. Αυτά θα μπορούσαν να αλληλοσυνδεθούν για να δημιουργήσουν συμπαγείς επιφάνειες σε μεγάλες περιοχές σεληνιακού εδάφους που θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως δρόμοι ή ως επιφάνειες προσγείωσης.
Ο Advenit προσθέτει: «Αποδείχθηκε ότι ήταν πιο εύκολο να δουλέψεις με ρεγολίθους με μεγαλύτερο μέγεθος κηλίδας, επειδή σε κλίμακα χιλιοστού η θέρμανση παράγει λιωμένες μπάλες που η επιφανειακή τάση δυσκολεύει τη συσσώρευση. Η μεγαλύτερη δέσμη παράγει ένα σταθερό στρώμα λιωμένου ρεγολίθου που είναι πιο εύκολο να ελεγχθεί.
«Το υλικό που προκύπτει είναι γυάλινο και εύθραυστο, αλλά θα υπόκειται κυρίως σε δυνάμεις συμπίεσης προς τα κάτω. Ακόμα κι αν σπάσει, μπορούμε να συνεχίσουμε να το χρησιμοποιούμε, επισκευάζοντάς το όπως χρειάζεται.»
Η ομάδα ανακάλυψε ότι η επαναθέρμανση μιας δροσερής διαδρομής μπορεί να προκαλέσει ρωγμές της, έτσι μεταφέρθηκαν σε γεωμετρίες που περιλαμβάνουν ελάχιστες διασταυρώσεις. Ένα μόνο στρώμα τήγματος έχει βάθος περίπου 1,8 cm. Οι κτισμένες κατασκευές και οι δρόμοι μπορεί να αποτελούνται από πολλά στρώματα, ανάλογα με τις απαιτούμενες δυνάμεις φορτίου.
Ο Jens Günster, επικεφαλής του Τμήματος Διαδικασιών Κατασκευής Πολυυλικών στο BAM, εξηγεί: «Τέτοιο μεγάλο βάθος τήξης για την παραγωγή τεράστιων δομών μπορεί να επιτευχθεί μόνο με μεγάλα σημεία λέιζερ».
Η ομάδα εκτιμά ότι ένα σημείο προσγείωσης 100 τ.μ. με πάχος 2 cm πυκνού υλικού μπορεί να κατασκευαστεί σε 115 ημέρες.
Αυτό το έργο προήλθε από μια πρόσκληση για ιδέες που διοργανώθηκε από το στοιχείο Discovery των Βασικών Δραστηριοτήτων της ESA μέσω της Πλατφόρμας Καινοτομίας Ανοιχτού Χώρου ( OSIP ).
Αναζητήθηκαν ερευνητικές ιδέες που σχετίζονται με την κατασκευή και την κατασκευή εκτός της Γης .
Η πρόσκληση προσέλκυση 69 ενδιαφερόμενους. Από αυτές, έχουν υλοποιηθεί συνολικά 23 ιδέες – βάσει αξιολόγησης από μια ομάδα εμπειρογνωμόνων της ESA, οι οποίοι βαθμολόγησαν τις ιδέες για την καινοτομία τους.
«Αυτή η αρχική πρόσκληση ήταν μια αποτελεσματική επένδυση από την άποψή μας», σημειώνει ο Advenit, «Έχει ανοίξει πολλά υποσχόμενα μονοπάτια για περαιτέρω έρευνα».