Als Teil des Artemis-Programms der NASA zum Aufbau einer langfristigen Präsenz auf dem Mond soll ein Artemis-Basislager gebaut werden, das eine moderne Mondkabine, einen Rover und ein Wohnmobil umfasst. Dieser feste Lebensraum könnte dank einer kürzlichen Entdeckung eines Teams von UCF-Forschern möglicherweise mit Ziegeln aus Mond-Regolith und Salzwasser gebaut werden.
Associate Professor Ranajay Ghosh vom Department of Mechanical and Aerospace Engineering der UCF und seine Forschungsgruppe fanden heraus, dass 3D-gedruckte Ziegel aus Mond-Regolith den extremen Umgebungen des Weltraums standhalten und ein guter Kandidat für kosmische Bauprojekte sind. Mondregolith ist der lose Staub, die Steine und Materialien, die die Mondoberfläche bedecken.
Die Ergebnisse ihrer Experimente sind in einer kürzlich erschienenen Ausgabe von ausführlich beschrieben Keramik international.
Um die Ziegel herzustellen, verwendete Ghoshs Team im Complex Structures and Mechanics of Solids (COSMOS) Lab eine Kombination aus 3D-Druck und Binder-Jet-Technologie (BJT), einer additiven Fertigungsmethode, bei der ein flüssiges Bindemittel auf ein Pulverbett gedrückt wird. In Ghoshs Experimenten war das Bindemittel Salzwasser und das Pulver Regolith, das vom Exolith Lab von UCF hergestellt wurde.
Ranajay Ghosh, außerordentlicher Professor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der UCF, und Peter Warren, wissenschaftlicher Mitarbeiter, erklären den Prozess, den sie zur Herstellung zylindrischer Ziegel mit simuliertem Mond- und Mars-Regolith verwendeten. Bildnachweis: University of Central Florida
„BJT ist einzigartig geeignet für keramikähnliche Materialien, die mit einem Laser schwer zu schmelzen sind“, sagt Ghosh. „Daher hat es ein großes Potenzial für eine auf Regolith basierende außerirdische Fertigung auf nachhaltige Weise, um Teile, Komponenten und Konstruktionsstrukturen herzustellen.“
Das BJT-Verfahren führte zu schwachen zylindrischen Ziegeln, sogenannten Grünteilen, die dann bei hohen Temperaturen gebrannt wurden, um eine stärkere Struktur zu erzeugen. Ziegel, die bei niedrigeren Temperaturen gebrannt wurden, bröckelten, aber diejenigen, die einer Hitze von bis zu 1200 Grad Celsius ausgesetzt waren, konnten einem Druck von bis zu 250 Millionen Mal dem der Erdatmosphäre standhalten.
Laut Ghosh ebnet die Arbeit einen Weg für die Verwendung von BJT bei der Konstruktion von Materialien und Strukturen im Weltraum. Ihre Ergebnisse zeigen auch, dass Strukturen außerhalb der Welt mit Ressourcen aus dem Weltraum gebaut werden können, was den Transport von Baumaterialien für Missionen wie Artemis drastisch reduzieren kann.
„Diese Forschung trägt zur laufenden Debatte in der Weltraumforschungsgemeinschaft bei, um das Gleichgewicht zwischen der Nutzung außerirdischer Ressourcen vor Ort und dem von der Erde transportierten Material zu finden“, sagt Ghosh. „Je weiter wir Techniken entwickeln, die die Fülle an Regolith nutzen, desto mehr Möglichkeiten werden wir haben, in Zukunft Basislager auf dem Mond, dem Mars und anderen Planeten zu errichten und zu erweitern.“
Peter Warren et al, Einfluss der Sintertemperatur auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von geformtem Mars- und Mond-Regolith, Keramik international (2022). DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.07.329