Мир вновь обсуждает возможность возвращения людей на Луну, на этот раз «на длительный срок», однако одна из ключевых проблем такого возвращения выглядит довольно банально: из чего там вообще возможно что-то строить?
Доставлять строительные материалы с Земли крайне дорого, а местная «почва» — лунный реголит — известна лишь тем, что портит скафандры, забивает механизмы и царапает все подряд. Инженеры из Университета Райса продемонстрировали, что этот враг может стать союзником: лунную пыль в действительности можно превращать в компонент прочных композитных материалов.
В новом исследовании группа специалистов под руководством Денизхана Яваша с участием Ашрафа Баставроса из Университета штата Айова использовала не настоящий реголит, а его наземный аналог — искусственный грунт, созданный на основе данных миссий Apollo и других зондов.
Идея возникла из предыдущих проектов команды, в которых они разрабатывали наноструктурированные полимерные покрытия, отталкивающие лунную пыль. Стремясь защититься от нее, ученые постепенно пришли к обратному вопросу: а нельзя ли не только «отбиваться» от реголита, но и использовать его в качестве ресурса?
В новом исследовании они добавляли частицы грунта в полимерные композиционные материалы, армированные волокнами — те самые легкие и прочные композиты, которые уже широко применяются в авиации и космической технике. «Лунную пыль» вводили как дополнительную упрочняющую фазу в матрицу композита и изучали, как это воздействует на его механические свойства.
Выяснилось, что правильно подобранное количество и распределение частиц реголита значительно улучшает характеристики материала: прочность, вязкость и устойчивость к повреждениям увеличивались на 30–40% по сравнению с исходным композитом. По сути, то, что в чистом виде является абразивной проблемой, в составе композита становится полезным наполнителем, перераспределяющим нагрузки и препятствующим образованию трещин.
Для лунной архитектуры это открывает интересные возможности. Если основу несущего элемента — например, панелей оболочки модуля или защитных барьеров от микрометеоритов и радиации — можно изготовить на Земле из стандартных полимеров и волокон, а затем на месте «зарядить» его местным реголитом, это значительно снижает зависимость от поставок тяжелых строительных материалов. В более далеком будущем возможно и обратное: печатать или формовать композитные элементы прямо на Луне, используя привезенное связующее вещество и местный минеральный компонент.