Вся миссия Аполлона-11 на Луну заняла всего восемь дней. Если мы когда-нибудь захотим построить постоянные базы на Луне, или, возможно, даже на Марсе или за его пределами, то будущим астронавтам придется провести в космосе еще больше дней, месяцев и, может быть, даже лет без постоянной грузовой связи с Землей. Вопрос в том, как им достать все, что нужно. Использование ракет для отправки всего оборудования и материалов для строительства и поддержания долгосрочных поселений на Луне было бы чрезвычайно дорого.

Именно здесь может появиться 3D-печать, позволяющая астронавтам строить все необходимое для своей лунной колонии из сырья. Большая часть азарта вокруг 3D-печати в космосе была сосредоточена на его использовании для строительства зданий из лунного камня. Но исследования показывают, что на самом деле может быть более практичным использовать лунную пыль для снабжения лунных производственных лабораторий, выпускающих запасные компоненты для всех видов оборудования.

Технически известная как аддитивное производство, 3D-печать включает в себя сложную группу технологий, которые могут производить предметы практически любой формы и геометрической сложности. Технология уже может делать вещи из огромной палитры материалов, включая металлы, керамику и пластмассы, некоторые из которых могут быть использованы для изготовления космического оборудования.

3D печать также имеет дополнительное преимущество работы с минимальным участием человека. Вы можете просто начать печать и ждать готового продукта. Это означает, что им можно управлять даже дистанционно. Теоретически, вы можете отправить 3D-принтер на Луну (или любое другое космическое место назначения) раньше, чем человеческий экипаж, и он может начать производство конструкций еще до прибытия астронавтов.

Есть, конечно, серьезные проблемы. 3D-печать в первую очередь была разработана для использования на Земле, полагаясь на определенные постоянные уровни гравитации и температуры для работы в соответствии с проектами. Пока он использует материалы, значительно менее сложные, чем те, что обнаружены на поверхности Луны или Марса.

Луна покрыта реголитом, рыхлым, порошкообразным материалом, сформированным из миллионов метеоров, бомбардирующих поверхность луны. Это постепенно превратило верхние слои коренной породы в материал, состоящий из зерен размером менее нескольких миллиметров. В то время как теоретически вы можете использовать реголит для изготовления добавок, для 3D-печатных домов или даже для более базовых компонентов, таких как кирпичи и цемент, вам понадобятся дополнительные материалы с Земли для смешивания с реголитом, такие как жидкие связующие вещества.

Я и мои коллеги искали способы, с помощью которых мы могли бы использовать в 3D-печати только реголит. Наша технология заключается в использовании лазера для превращения очень небольшого количества энергии в тепло, которое может плавить и сплавлять зерна реголита, образуя тонкий, но твердый кусочек материала. Повторяя этот процесс несколько раз и добавляя больше слоев, мы можем в конечном итоге построить трехмерный объект.

Каждый слой имеет толщину более 1 мм, поэтому создание больших конструкций, таких как стены или укрытия, займет непрактичное количество времени. Вместо этого гораздо лучше производить мелкие, точно разработанные высокодетализированные объекты, такие как фильтры для пыли или воды, для которых обычно требуются отверстия менее микрона (0,001 мм). 3D-печать была бы особенно полезна для репликации жизненно важных компонентов, если бы они были повреждены или изношены, и замена нужна быстрее, чем может доставить с Земли корабль снабжения.

Чтобы выяснить, как заставить эту 3D-печать работать в космосе, мы провели углубленные исследования как материала, так и процессов, и попытались понять, как условия на Луне могут повлиять на них. Без поставки настоящего реголита мы использовали материал, имитирующий его объемный химический и минеральный состав. Он сформировался в условиях, совершенно отличных от метеорной бомбардировки, но для нас достаточно сложно изучить его взаимодействие с лазером и использовать эти знания для оценки реакции реального реголита.