3D-printen van maanstenen met bodemimulant kan dienen als fundering voor maanbases

Researchers van de Huazhong University of Science and Technology (HUST) hebben mogelijk ontdekt hoe duurzame structuren op de maan en daarbuiten kunnen worden gebouwd voor een fractie van de eerder vereiste kosten. Het nieuwe concept omvat het gebruik van maanstofmengsels om bakstenen te maken. Hier is alles wat je moet weten.

Kun je niet bouwen zonder voorraden?

Deze strategie is cruciaal voor de geplande internationale maanbasis, aangezien het onmogelijk zou zijn om bouwmaterialen en constructiematerialen mee te nemen. Zelfs met de prijs per pond om een item in een baan te lanceren die de afgelopen vijf jaar aanzienlijk is gedaald van duizenden naar honderden, blijft het idee onrealistisch. Daarom richtten Chinese onderzoekers hun aandacht op het gebruik van de beschikbare materialen.

Problemen met maanstof

Maanstof verschilt op veel manieren van de aarde. De maan bevindt zich in het vacuüm van de ruimte en wordt bestraald met kosmische straling waar de atmosfeer van de aarde tegen beschermt. Deze unieke en vijandige omgeving heeft 1/6 van de zwaartekracht van de aarde, wat betekent dat de kleine deeltjes die maanstof vormen veel langer in suspensie blijven dan bodem op aarde.
Maanstof heeft scherpe randen als glas, wordt gemakkelijk verstoord en kan zweven, wat de complicaties vergroot. Voor onderzoekers veroorzaakt deze stof grote problemen met apparatuur en is zeer schadelijk voor de longen. Als al deze problemen niet genoeg zijn, ondervindt de maan voortdurend actieve seismische golven. Deze maankrakken kunnen enorme stofwolken veroorzaken, waardoor de situatie nog erger wordt.

Studie naar maanstenen

Chinese onderzoekers besloten zich niet te verschuwen voor de meest prominente hulpbron op de maan. In plaats daarvan plannen ze om dit gevaarlijke stof om te vormen tot bakstenen. Deze maanstenen zouden worden vervaardigd door een eigen 3D‑printrobot. Deze aanpak zou astronauten in staat stellen zich te concentreren op belangrijkere taken en hun blootstelling aan gevaarlijk maanstof te beperken.

De onderzoekers creëerden vijf verschillende gesimuleerde maanstofcomposities als onderdeel van hun strategie. Drie verschillende soorten bodemmengsels zijn ontworpen om de verschillende soorten bodem die op de maan worden gevonden na te bootsen. Opmerkelijk is dat de twee belangrijkste ingrediënten voor maanstof basalt en anorthosiet zijn. Beide komen voor op verschillende diepten, afhankelijk van de locatie. Bovendien gebruikte het team drie verschillende sintermethoden als onderdeel van de studie.

Test van maanstenen

De ingenieurs slaagden erin gesimuleerde maanstof te creëren, en hun 3D‑printrobot kon dit maanstof nemen en er bakstenen van maken. Deze bakstenen bestonden uit verschillende mengsels, waardoor het team prestatie‑tests kon uitvoeren over de typen en de beste locatie voor een kamp kon bepalen op basis van het optimale bouwmateriaalmengsel.
Het team testte de belasting die elk mengsel kon dragen. Daarnaast maakten hitte‑tests het mogelijk te bepalen of de bakstenen de sterke temperatuurschommelingen die de maan ondervindt, aankunnen. Deze temperatuurschommelingen kunnen meer dan 100 graden bedragen, wat veel stress op bouwmaterialen legt wanneer ze bij verschillende temperaturen buigen en uitzetten.

Ruimte‑test van maanstenen

De bakstenen hebben de aardse tests voltooid en zijn klaar om de ruimte in te worden gebracht. Concreet zullen ze een ruimte‑prestatie‑test ondergaan die gepland staat te beginnen op het Chinese ruimtestation. De bakstenen zullen aan boord van het vrachtvaartuig Tianzhou‑8 naar het station worden gebracht.
Eenmaal in een baan zullen onderzoekers de maan‑specifieke omgevingscondities onderzoeken en hoe deze de prestaties en duurzaamheid van de maanstenen beïnvloeden. Het team wil zien of de extra straling in combinatie met extreme temperatuurschommelingen de bakstenen doet uiteenvallen. Opmerkelijk is dat de test de bakstenen medio 2025 in een baan zal hebben.

Voordelen die maanstenen de industrie bieden

Het is duidelijk waarom ingenieurs met lokale hulpbronnen willen werken in plaats van items van de aarde te importeren. De maan lijkt op het eerste gezicht niet veel te bieden, maar de unieke chemische samenstelling van maanstof blijkt een goede bouwgrond te zijn.

Sterker

Volgens de gegevens presteren de maanstenen beter dan hun aardse tegenhangers op bijna elk gebied. Ze overtroffen beton en rode bakstenen qua duurzaamheid, met testresultaten die aantonen dat maanstenen bijna drie keer sterker zijn. Deze extra sterkte kan bouwers in staat stellen structuren te creëren met minder middelen.

Geautomatiseerd proces

Een ander groot voordeel van dit onderzoek is de ontwikkeling van een speciaal 3D‑printapparaat dat maanstof kan verwerken en ter plaatse bakstenen kan maken. Deze robot zou cruciaal zijn voor het bouwen van een maanbasis zonder astronauten onnodig in gevaar te brengen. De robot kan de stof nemen, deze comprimeren en voldoende verhitten om sterke, veerkrachtige bakstenen te produceren.

Uniek ontwerp

Het gebruik van additieve productie in het proces opent de deur voor meer vindingrijkheid en innovatie. Al hebben verschillende 3D‑huisprintprojecten aangetoond dat het gebruik van ingewikkelde structurele wanden kan helpen de verwarmingskosten en materiaalverspilling te verminderen. De maanomgeving is uniek. Daarom kan de maanstenenprinter nieuwe en experimentele ontwerpen creëren die de bouwsector kunnen veranderen.

Onderzoekers van maanstenen

De Huazhong University of Science and Technology (HUST) organiseerde de studie onder leiding van Ding Lieyun. Het project is een kleiner onderdeel van het grotere internationale maanonderzoeksstation dat China eerder dit jaar aankondigde. Dit project zou een permanente maanpresence creëren en diepgaand onderzoek, kortere ruimtelanceringen en nog veel meer mogelijk maken.

Bedrijven die kunnen profiteren van maanstenen

Er zijn veel industrieën en bedrijven die kunnen profiteren van de vele doorbraken die dit onderzoek oplevert. Ten eerste, hoe beter het begrip van maanstof, hoe makkelijker het zal zijn voor mensen om ooit de maan te koloniseren. Hierdoor toont de studie naar maanstenen een verschuiving in strategie van het meenemen van voorraden om te overleven naar zelf‑autonome aanwezigheid op locatie. Hier is één bedrijf dat van deze studie kan profiteren.

Rocket Lab

Rocket Lab ging in 2006 van start als een satellietlanceerbedrijf. Het bedrijf maakt deel uit van een golf van ruimte‑lanceerplatformen die hebben bijgedragen aan het verlagen van de prijs per pond voor het in de ruimte brengen van items. Het bedrijf richt zich momenteel op kleine satellieten, wat een van de meest actieve sectoren van de markt is.

(RKLB )

Het Electron lanceervoertuig van Rocket Lab heeft samengewerkt met zowel bedrijfs- als overheidsorganisaties om satellieten de lucht in te krijgen. Momenteel heeft het contracten met het Amerikaanse Ministerie van Defensie, NASA, en speelde een cruciale rol in de Gateway Pathfinder-missie. Opmerkelijk is dat Rocket Lab dit jaar een voortdurende groei verwacht, recent recordhoogtes heeft bereikt. Daarom wordt het beschouwd als een slimme ‘aankoop’.

Volg de maanstenenweg

Er moet nog veel getest worden voordat maanstenen een officiële optie zijn. De onderzoekers hebben echter een overtuigend argument naar voren gebracht dat uitlegt waarom en hoe deze items maanreizigers ten goede zullen komen. Voorlopig kun je verwachten dat er meer onderzoek naar het maanstenenconcept zal plaatsvinden en hoe het de mens kan helpen nieuwe bestemmingen te bereiken.

Leer meer over andere coole ruimteprojecten hier.