الطباعة ثلاثية الأبعاد للطوب القمري باستخدام محاكي التربة قد تكون أساسًا للقواعد القمرية

Researchers from Huazhong University of Science and Technology (HUST) may have unlocked how to build sustainable structures on the moon and beyond for a fraction of the cost previously required. The new concept involves using lunar soil mixtures to create bricks. Here’s everything you need to know.

لا يمكنك البناء بدون الإمدادات؟

هذه الاستراتيجية حاسمة للمحطة القمرية الدولية المخططة، حيث سيكون من المستحيل إحضار مواد البناء وإمدادات الإنشاء. حتى مع انخفاض تكلفة الإطلاق لكل رطل إلى الفضاء بشكل كبير من آلاف إلى مئات خلال السنوات الخمس الأخيرة، لا يزال الفكرة غير واقعية. وبالتالي، وجه الباحثون الصينيون انتباههم إلى استخدام الإمدادات المتاحة.

مشكلات التربة القمرية

تختلف التربة القمرية عن الأرض في نواحٍ عديدة. القمر موجود في فراغ الفضاء ويتعرض للإشعاع الكوني الذي تحميه الغلاف الجوي للأرض. هذه البيئة الفريدة والعدائية لديها جاذبية تعادل 1/6 من جاذبية الأرض، مما يعني أن الجسيمات الصغيرة التي تشكل تربة القمر ستبقى معلقة لفترة أطول بكثير مقارنةً بالتربة على الأرض.
تتميز تربة القمر بحواف حادة كالزجاج، وتتعرض للاضطراب بسهولة، ويمكن أن تطفو، مما يزيد من تعقيداتها. بالنسبة للباحثين، تُسبب هذه التربة مشاكل كبيرة مع المعدات وتُعد خطرة جدًا على الرئتين. إذا لم تكن كل هذه المشكلات كافية، فإن القمر يتعرض باستمرار لموجات زلزالية نشطة. يمكن لهذه الزلازل القمرية أن تتسبب في تكوين سحب ضخمة من غبار التربة، مما يزيد من تفاقم الوضع.

دراسة الطوب القمري

قرر الباحثون الصينيون عدم الابتعاد عن أهم مورد على القمر. بدلاً من ذلك، يخططون لتحويل هذا الغبار الخطير إلى طوب. سيُصنع هذا الطوب القمري بواسطة روبوت طباعة ثلاثية الأبعاد مملوك لهم. سيسمح هذا النهج للرواد بالتركيز على مهام أكثر أهمية وتقليل تعرضهم للغبار القمري الضار.

أنشأ الباحثون خمس تركيبات مختلفة من التربة القمرية المحاكاة كجزء من استراتيجيتهم. تم تصميم ثلاثة أنواع مختلفة من خلطات التربة لتقليد الأنواع المتنوعة من التربة الموجودة على القمر. ومن الجدير بالذكر أن المكونين الرئيسيين لغبار القمر هما البازلت والأورثوسيت. كلاهما يتواجد بمستويات مختلفة حسب الموقع. بالإضافة إلى ذلك، استخدم الفريق ثلاثة أساليب مختلفة للتلبيد كجزء من الدراسة.

اختبار الطوب القمري

نجح المهندسون في إنشاء تربة قمرية محاكاة، وتمكن روبوت الطباعة ثلاثية الأبعاد الخاص بهم من أخذ هذا الغبار القمري وصنع طوب. تألف هذا الطوب من مجموعة متنوعة من الخلطات المختلفة، مما أتاح للفريق إجراء اختبارات أداء عبر الأنواع وتحديد أفضل موقع لبناء مخيم بناءً على أفضل مزيج من مواد البناء.
اختبر الفريق قدرة كل خليط على تحمل الأحمال. كما مكنت اختبارات الحرارة الفريق من تحديد ما إذا كان الطوب قادرًا على تحمل تقلبات درجات الحرارة الشديدة التي يواجهها القمر. يمكن أن تتجاوز هذه التقلبات أكثر من 100 درجة، مما يضع ضغطًا كبيرًا على مواد البناء عندما تنحني وتمتد عند درجات حرارة مختلفة.

اختبار الطوب القمري في الفضاء

أكمل الطوب اختبارات الأرض وأصبح جاهزًا للانتقال إلى الفضاء. على وجه التحديد، سيخضع لاختبار أداء فضائي من المقرر أن يبدأ على محطة الصين الفضائية. من المقرر نقل الطوب إلى المحطة على متن مركبة الشحن تيانتشو-8.
بمجرد الوصول إلى المدار، سيقوم الباحثون بفحص الظروف البيئية الخاصة بالقمر وكيف تؤثر على أداء ومتانة الطوب القمري. يرغب الفريق في معرفة ما إذا كان الإشعاع الإضافي المدمج مع تغيرات درجات الحرارة المتقلبة يتسبب في تفكك الطوب. ومن الجدير بالذكر أن الاختبار سيضع الطوب في المدار بحلول منتصف عام 2025.

الفوائد التي يجلبها الطوب القمري للصناعة

من السهل فهم لماذا يرغب المهندسون في العمل مع الموارد المحلية بدلاً من استيراد العناصر من الأرض. قد لا يبدو القمر غنيًا بالموارد للوهلة الأولى، لكن التركيب الكيميائي الفريد للتربة القمرية أثبت أنه مورد بناء جيد.

أقوى

وفقًا للبيانات، تفوق الطوب القمري على نظيره الأرضي في جميع الجوانب تقريبًا. تجاوزت مقاومته للانهيار الخرسانة والطوب الأحمر من حيث المتانة، حيث أظهرت نتائج الاختبار أن الطوب القمري أقوى تقريبًا بثلاث مرات. يمكن لهذه القوة الإضافية أن تمكّن البنائين من إنشاء هياكل باستخدام موارد أقل.

عملية مؤتمتة

فائدة أخرى رئيسية لهذا البحث هي إنشاء جهاز طباعة ثلاثية الأبعاد خاص يمكنه معالجة التربة القمرية وصنع الطوب في الموقع. سيكون هذا الروبوت أساسيًا في إنشاء قاعدة قمرية دون تعريض الرواد لمخاطر غير ضرورية. يستطيع الروبوت أخذ التربة، وضغطها، وتسخينها بما يكفي لتصنيع طوب قوي ومتين.

تصميم فريد

استخدام التصنيع الإضافي في العملية يفتح الباب أمام المزيد من الابتكار والإبداع. بالفعل، أظهرت عدة مشاريع طباعة ثلاثية الأبعاد منزلية أن استخدام الجدران الهيكلية المعقدة يمكن أن يساعد في تقليل تكاليف التدفئة وإهدار المواد. البيئة القمرية فريدة من نوعها. وبالتالي، يمكن لطابعة الطوب القمري إنشاء تصاميم جديدة وتجريبية قد تغير قطاع البناء.

باحثو الطوب القمري

استضافت جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا (HUST) الدراسة التي قادها دينغ لييون. المشروع هو جزء أصغر من محطة البحث القمرية الدولية الأكبر التي أعلنت عنها الصين في وقت سابق من العام. سيخلق هذا المشروع وجودًا دائمًا على القمر ويسمح بأبحاث متعمقة، وإطلاقات فضائية أقصر، وأكثر من ذلك.

الشركات التي قد تستفيد من الطوب القمري

هناك العديد من الصناعات والشركات التي يمكن أن تستفيد من الاختراقات العديدة التي يقدمها هذا البحث. أولاً، كلما تحسّنت فهمنا للتربة القمرية، كلما سهل ذلك على الناس استعمار القمر يومًا ما. وبالتالي، تُظهر دراسة الطوب القمري تحولًا في الاستراتيجية من جلب الإمدادات للبقاء إلى أن تصبح ذاتية الاعتماد في الموقع. إليكم شركة واحدة قد تستفيد من هذه الدراسة.

Rocket Lab

بدأت Rocket Lab نشاطها في عام 2006 كشركة لإطلاق الأقمار الصناعية. الشركة جزء من موجة منصات الإطلاق الفضائية التي ساعدت في خفض تكلفة الإطلاق لكل رطل. تتخصص الشركة حاليًا في الأقمار الصناعية الصغيرة، وهو أحد أكثر القطاعات نشاطًا في السوق.

(RKLB )

صاروخ Electron التابع لـ Rocket Lab عمل مع شركات خاصة وحكومية لإطلاق الأقمار الصناعية إلى الفضاء. حاليًا، لديه عقود مع وزارة الدفاع الأمريكية، وناسا، وكان محوريًا في مهمة Gateway Pathfinder. ومن الجدير بالذكر أن Rocket Lab من المتوقع أن تشهد نموًا مستمرًا هذا العام، حيث وصلت إلى أعلى مستوياتها تاريخيًا مؤخرًا. وبالتالي، يُعتبر استثمارًا ذكيًا.

تابع طريق الطوب القمري

لا يزال هناك الكثير من الاختبارات التي يجب إكمالها قبل أن يصبح الطوب القمري خيارًا رسميًا. ومع ذلك، قدم الباحثون حجة مقنعة تشرح لماذا وكيف ستفيد هذه العناصر مسافري القمر. في الوقت الحالي، يمكنك توقع مزيد من الأبحاث حول مفهوم الطوب القمري وكيف يمكن أن يساعد الإنسان في الوصول إلى وجهات جديدة.

تعرف على مشاريع فضائية أخرى رائعة هنا.