Hoe zijn wetenschappers van plan een basis op de maan te bouwen?

Verwacht een belangrijke bron van verbeterde microgolfverwarmingsefficiëntie.

NASAHet Artemis-programma van NASA heeft tot doel een maanbasis te vestigen als onderdeel van een bemand maanverkenningsinitiatief. De publieke verwachtingen van deze ruimtebasis kunnen echter verschillen van de verwachtingen die in populaire sciencefictionfilms worden weergegeven. Voor het bouwen van een maanbasis is een breed scala aan bouwmaterialen nodig, wat aanzienlijke transportkosten met zich meebrengt. Deze materialen moeten vanaf de aarde worden gelanceerd met behulp van raketten.

Omdat het transporteren van bouwmaterialen van de aarde naar de maan duur en tijdrovend is, moeten lokale materialen worden gebruikt om een ​​maanbasis te creëren. Een veelbelovende manier om een ​​maanbasis te bouwen met behulp van lokale materialen is het uitgloeien in de magnetron, waarbij de maangrond (bodem) verhardt tot onder het smeltpunt.

Er wordt momenteel wereldwijd actief onderzoek gedaan naar het proces van het sinteren van maangrond met behulp van lasers, zonne-energie en microgolven. Van deze technologieën is het microgolfsinteren van maangrond een prominente technologie die wordt ontwikkeld door verschillende instellingen, waaronder NASA en de European Space Agency.Europese Ruimtevaartorganisatie), en het Korea Institute of Civil Engineering and Construction Technology (KICT, president Kim Byung-sook).

Onderzoek naar microgolfsinteren

Een onderzoeksteam (Dr. Gangwon, Lee, Dr. Young-jae, Kim en Dr. Hyun-woo, Jin) onder leiding van Dr. Hyo-sung, Shin van de Future and Intelligent Building Research Department van het Korea Institute of Technology voert momenteel een onderzoek uit naar in microgolven gevormde stenen die de maanbodem nabootsen. Dit onderzoek maakt gebruik van sintertechnieken die vergelijkbaar zijn met het bakken van keramiek, waarbij de temperatuur wordt verhoogd om massieve stenen te creëren.

Bakstenen gemaakt van materialen die maanregoliet nabootsen, hebben een sterkte van meer dan 20 MPa, vergelijkbaar met beton. Microgolfverwarming hangt af van de diëlektrische eigenschappen van het materiaal, dus een gedetailleerd onderzoek naar de diëlektrische eigenschappen van maanregoliet is noodzakelijk. Momenteel is er niet genoeg onderzoek naar hoe maanregolieten reageren op microgolfverwarming bij verschillende temperaturen.

Onderzoek naar maanmaterialen

Als onderdeel van microgolfsinteronderzoek onderzocht het onderzoeksteam de diëlektrische eigenschappen van Korean Lunar Simulant (KLS-1) en ilmeniet (ijzertitanaat) bij verschillende temperaturen. Ilmeniet is een overvloedig aanwezig mineraal op de maan en het is bekend dat het de efficiëntie van microgolfverwarming verbetert. Er zijn echter geen gedetailleerde onderzoeken uitgevoerd naar de diëlektrische eigenschappen van ilmeniet en zijn gedrag tijdens verwarming in de magnetron.

De onderzoeksresultaten geven aan dat de simulatie van de maanregoliet de transparantie-eigenschap van microgolven heeft; Wat het verwarmen ervan lastig maakt. Ilmeniet (ijzertitanaat) heeft echter een sterke interactie met microgolven vanwege de unieke kristallijne structuur, waardoor snelle verwarming tot hoge temperaturen mogelijk is. Bovendien heeft analyse van kristalstructuren van gesimuleerde maanregoliet en ilmeniet met succes de belangrijkste factoren onthuld die bijdragen aan verhoogde interacties van mineralen met microgolven.

Het gebruik van een lokale hulpbron, ilmeniet, als verwarmingselement bij de constructie van de maanbasis met behulp van microgolfsintering betekent een efficiënte en snelle productie van het bouwmateriaal. Dr. Young Jae Kim van het Korea Institute of Technology sprak zijn verwachting uit dat dit onderzoek een cruciale basis zal zijn voor de ontwikkeling van microgolftechnologie voor toekomstige maanverkenning en maanbasisconstructie.

Referentie: “Temperatuurafhankelijke diëlektrische eigenschappen van Koreaanse maansimulaties en ilmeniet: potentieel voor maanmicrogolfverwerking” door Youngjae Kim, Hyunwoo Jin, Jangjoin Lee, Byunghyun Ryu en Heo Sung Shin, 13 mei 2024, Bouw- en constructiematerialen.
DOI: 10.1016/j.bouwmat.2024.136599

Deze studie werd uitgevoerd in het kader van het KICT-onderzoeksprogramma (Project nr. 20230081-001, Ontwikkeling van een milieusimulator en geavanceerde constructietechnieken op TRL6 in extreme omstandigheden; Project nr. 20230144-001, Ruimtearchitectuur: ontwikkeling van basistechnologie voor het bouwen van habitats op de maan), gefinancierd door het Ministerie van Wetenschap, Informatietechnologie en Communicatie.