Строительство на Луне с использованием лунного реголита

Строительство будущего: как ученые превращают лунный реголит в долговечную космическую инфраструктуру

Лунный реголит — это рыхлый слой фрагментированного скального материала, пыли и минералов, покрывающий поверхность Луны, который ученые теперь превращают в долговечные строительные материалы с помощью лазерной 3D-печати. Этот процесс, известный как использование ресурсов на месте (In-Situ Resource Utilization, ISRU), позволяет создавать термостойкие жилые модули и инструменты непосредственно на лунной поверхности, избавляя от необходимости транспортировать тяжелые грузы с Земли. Расплавляя этот пылевидный материал в твердые слои, исследователи закладывают фундамент для постоянных человеческих колоний.

Транспортировка строительных материалов на Луну остается одним из самых значительных препятствий для освоения космоса, причем затраты исторически оцениваются в десятки тысяч долларов за килограмм. Чтобы программа NASA Artemis успешно обеспечила долгосрочное присутствие человека к концу десятилетия, миссии должны перейти от модели «все свое вожу с собой» к самообеспечению. Этот сдвиг парадигмы опирается на использование ресурсов на месте (ISRU), где природные ресурсы пункта назначения — в частности, лунный реголит — становятся основным сырьем для инфраструктуры. Эта стратегия радикально снижает вес полезной нагрузки ракет-носителей, делая освоение дальнего космоса экономически выгодным и логистически осуществимым.

Что такое лунный реголит и как его можно использовать для строительства?

Лунный реголит — это слой рыхлых, фрагментированных обломков, покрывающих твердую коренную породу Луны, образовавшийся на протяжении миллиардов лет в результате ударов метеоритов и бомбардировки солнечным ветром. В строительстве этот материал служит исходным сырьем, которое можно плавить с помощью мощных лазеров или концентрированной солнечной энергии для создания напечатанных на 3D-принтере кирпичей, посадочных площадок и защищенных от радиации жилых модулей для астронавтов. Поскольку он содержит силикатные минералы, такие как пироксен, оливин и плагиоклазовый полевой шпат, его можно перерабатывать в керамические структуры с высокой термической стабильностью.

Физические свойства лунного реголита значительно варьируются в зависимости от географии Луны. Материал, использованный в недавних симуляциях, известный как LHS-1 (Lunar Highland Simulant), воспроизводит почву, найденную на лунных нагорьях — в регионе, характеризующемся сильно изрытой кратерами местностью и темными базальтовыми породами. Ученые обнаружили, что когда эта мелкая пыль подвергается методам аддитивного производства, ее можно сплавлять в сложные формы. Этот «лунный бетон» не только долговечен, но и по своей природе устойчив к токсичной и абразивной среде Луны, обеспечивая безопасный материал для размещения чувствительного научного оборудования и человеческих экипажей.

Действительно ли существует новое исследование по лазерной 3D-печати из лунного имитатора?

Да, новаторское исследование, опубликованное в журнале Acta Astronautica в феврале 2026 года, подтверждает, что имитированный лунный реголит можно превратить в долговечные, термостойкие конструкции с помощью лазерной 3D-печати. Проведенное исследователями из The Ohio State University, исследование использовало метод «прямого лазерного выращивания» для послойного плавления лунного имитатора. Под руководством научного сотрудника Sizhe Xu и старшего автора Sarah Wolff команда успешно изготовила небольшие объекты, способные выдерживать экстремальные условия.

Методология включала использование специализированной системы 3D-печати, которая расплавляла имитатор LHS-1 и наплавляла его на различные базовые поверхности. По словам Sizhe Xu, конечные свойства материала сильно зависят от среды, в которой происходит печать. Исследование показало, что такие факторы, как уровень кислорода в атмосфере, интенсивность лазера и даже скорость процесса печати, определяют структурную целостность конечного продукта. Тестируя эти переменные, команда из Университета штата Огайо предоставила первую комплексную дорожную карту того, как производственные машины должны быть откалиброваны для работы в лунном вакууме.

Насколько долговечны конструкции из имитации лунного грунта?

Конструкции, изготовленные из имитации лунного грунта, демонстрируют исключительную долговечность, высокую механическую прочность и выдающуюся устойчивость к термическому удару, что делает их идеальными для резких перепадов температур на Луне. Исследование в Университете штата Огайо показало, что когда лунный реголит печатается на алюмосиликатных керамических поверхностях, эти два материала образуют кристаллическую связь, повышающую стабильность. Полученный в результате материал способен защищать астронавтов от ударов микрометеоритов и жесткого солнечного излучения, оставаясь при этом нетоксичным.

Чтобы подтвердить эти выводы, исследовательская группа сравнила напечатанный реголит на различных подложках, включая нержавеющую сталь и стекло. Они зафиксировали следующие ключевые показатели эффективности:

• Термическая стабильность: Материал сохранял форму и прочность, несмотря на циклы быстрого нагрева и охлаждения.
• Качество адгезии: Имитатор наиболее эффективно связывался с керамикой, которая имеет схожие химические соединения с лунной корой.
• Структурная плотность: Сплавленные лазером слои показали высокую устойчивость к сжатию, соперничая по прочности с высокоэффективным бетоном, используемым на Земле.

Роль 3D-печати в автономном строительстве

3D-печать более жизнеспособна, чем традиционное строительство в космосе, поскольку она позволяет осуществлять автономное роботизированное производство без необходимости в тяжелой технике или вмешательстве человека в опасных зонах. Прежде чем первые экипажи Artemis прибудут на место, роботизированные модули могут быть развернуты для печати основной инфраструктуры, такой как лунные посадочные площадки и защитные стены. Такое строительство до прибытия гарантирует, что к моменту высадки людей у них будет защищенная среда, готовая к эксплуатации, что значительно снижает риск провала миссии.

Одной из критических проблем этой технологии является энергопотребление. В то время как лабораторная система Университета штата Огайо в настоящее время полагается на электричество, доцент Sarah Wolff предполагает, что будущие версии могут использовать архитектуры на солнечной энергии. Использование обильной солнечной энергии Луны для питания лазеров прямого лазерного выращивания позволит создать по-настоящему замкнутую и устойчивую строительную экосистему. Эта гибкость жизненно важна для использования ресурсов на месте в условиях дефицита ресурсов, где каждый ватт энергии должен тщательно контролироваться.

Будущее значение для программы Artemis

Успех проекта MMPACT (Moon & Mars Pervasive Additive Construction) и смежных исследований в Университете штата Огайо знаменует новую эру для миссий NASA Artemis. По мере приближения к цели 2030 года по созданию постоянной лунной базы возможность масштабирования 3D-печать от небольших инструментов до крупномасштабных «лунных небоскребов» или защищенных жилых модулей становится первостепенной. Эта технология делает больше, чем просто облегчает космические путешествия; она дает план устойчивого производства, который можно применить и на Земле.

По словам Sarah Wolff, уроки, извлеченные из производства в условиях дефицита ресурсов на Луне, могут помочь решить проблему нехватки материалов и вопросы устойчивого развития на нашей родной планете. «Если мы сможем успешно производить вещи в космосе, используя очень мало ресурсов, это означает, что мы также сможем достичь лучшей устойчивости на Земле», — объяснила она. Пока исследователи продолжают совершенствовать гибкость этих машин для 3D-печати, мечта о самодостаточной лунной колонии становится все ближе к реальности, превращая «пыль» Луны в краеугольный камень экспансии человечества в космос.