Базальт и полимеры
Россия планирует осваивать Луну: полгода назад гендиректор «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин в интервью телеканалу «Россия 24» заявил, что корпорация отправит корабль с космонавтами на облет Луны в 2028 году, а высадка людей на поверхность спутника Земли намечена на 2030 год. Однако уже сейчас понятно, что масштабное исследование Луны станет реальностью только тогда, когда будет возможно создавать там жилые помещения.
Учитывая значительное расстояние между Землей и ее спутником, выгоднее всего, чтобы основным строительным материалом был тот, который не нужно специально доставлять на Луну, то есть лунный грунт — реголит. Однако, чтобы справиться со стройками на Луне, сначала нужно отработать эти технологии на Земле.
В Московском авиационном институте нашли земной аналог лунного грунта и на его основе создали материал, с помощью которого можно возводить здания. Этому посвящена работа, подготовленная на кафедре технологий композиционных материалов, конструкций и микросистем МАИ. В качестве имитатора лунного грунта был взят базальт. По мнению ученых, он больше всего похож на реголит. Его порошок был связан с помощью особо плотного полимера.
Один из авторов работы, выпускник МАИ Серафим Дегтярев, рассказал «Известиям», как будет происходить процесс работы с реголитом на Луне:
— Чтобы придать реголиту нужную форму и монолитность, его предварительно необходимо сплавлять или спекать. Для этого мы предлагаем использовать композицию из порошка реголита и порошкообразного полимера (полистирола), доставляемого с Земли. Полистирол обеспечивает материалу монолитность, герметичность, делает его относительно прочным, хотя сам по себе этот полимер хрупкий. Но он выдерживает низкие температуры, до минус 50 градусов по Цельсию, а максимальная его рабочая температура — 100 градусов. Кроме того, он не разрушается при радиоактивном воздействии, и получившийся материал в итоге обретет стойкость к космической радиации, от которой Луна никак не защищена.
Серафим Дегтярев подчеркнул, что аналог такого материала на Земле — это бетон. Он хрупкий на изгиб, зато прочный на сжатие.
По предположению авторов работы, из образовавшегося материала для начала можно будет построить рабочий модуль в кратере Луны. Там смогут жить и проводить исследования несколько человек.
Пока же ученые из МАИ, как уже было сказано, используют вместо лунного грунта базальт — и получают материал в виде брикетов шириной в сантиметр, толщиной в 4 мм и разной длины. Они темно-серого цвета — такие же, как реголит.
— Основой служит порошок базальта, а полимер скрепляет его частички воедино, — рассказал «Известиям» Серафим Дегтярев. — Между крупными частицами базальта располагаются более маленькие, а полистирол, попадающий в поры гранул порошка, держит всё это вместе.
Исследователи плавили вещества при температуре 200 градусов по Цельсию и прессовали в цилиндрической пресс-форме, а далее установили прочностные характеристики образцов. Один из лучших по соотношению прочности и массовой доли базальта образцов выдерживал давление 70 МПа на сжатие и 15–17 МПа на изгиб. По характеристикам полученный материал аналогичен полимербетону — так называют бетоны, в которых цемент (связующее вещество) заменен полимерами. Полимербетон применяют для создания наливных полов, шпатлевок и грунтовок, а также декораций.
Предположим, что площадь модуля на Луне будет составлять 36 кв. м — примерно как размер большой квартиры-студии. Если исходить из имеющихся данных о скорости печати 3D-принтеров, то на создание такого модуля уйдет месяц-полтора.
Легче легкого
Опрошенные «Известиями» эксперты положительно оценили проделанную работу. Профессор НИТУ «МИСиС» Александр Громов подтвердил, что базальт действительно похож на реголит, поэтому использовать его в качестве имитатора лунного грунта вполне правомерно.
— Но в качестве связующего вещества можно было бы взять неорганическое вещество, например цемент, — отметил эксперт. — Он более радиационно стойкий, а это важно для построек на Луне. Полимер же при воздействии солнечных лучей все-таки становится более хрупким. Однако он легче цемента, поэтому авторы разработки балансировали между ценой доставки материала на Луну и свойствами.
В целом работа очень интересная, и ее можно только поддержать, сказал эксперт.
— Выбор конкретного состава материала будет зависеть от целей, которые будут стоять перед строителями, и технологий, которые они решат применять, — пояснил профессор кафедры технологий композиционных материалов, конструкций и микросистем МАИ Николай Козлов. — Например, если из него станут делать кирпичи и строить из них — это одна технология. Если будут сразу возводить стену — другая. На мой взгляд, оптимально было бы применить 3D-принтер для возведения здания, так как на Луне будет не серийное производство, а разовая стройка.
По мнению ведущего научного сотрудника Института космических исследований РАН Натана Эйсмонта, проект довольно перспективный, и к нему стоит присмотреться при реализации лунной программы.
— Конечно, если сравнивать с другими материалами, использующимися в строительстве, смесь базальта и полимера им проигрывает, — отметил эксперт. — Она примерно в два раза менее плотная, чем бетон, и в сотни раз «слабее» стали. Однако характеристики всё равно очень неплохие, и в условиях необходимости экономии массы подобный материал как минимум представляет собой интерес для такой цели, как возведение построек на Луне.
Массовая доля базальта в получившемся материале составляет 90%. Соответственно, полимеров в нем всего 10%, что позволит в будущем сэкономить на доставке компонентов на спутник Земли. Ученые планируют изучить возможность создания нового материала с еще более низким содержанием полимера — до 3–5% от массы.
Источник: iz.ru