Un nuovo studio suggerisce che il suolo lunare simulato può essere trasformato in strutture estremamente resistenti, aprendo potenzialmente la strada a missioni spaziali più sostenibili ed economiche. Utilizzando uno speciale metodo di stampa 3D laser, i ricercatori hanno fuso strati di finto suolo lunare – una versione sintetica del materiale finemente polveroso presente sulla superficie lunare, chiamato simulante di regolite – e li hanno fusi con una superficie di base per produrre piccoli oggetti resistenti al calore. Se utilizzato sulla superficie lunare, il materiale potrebbe contribuire a costruire habitat e strumenti robusti e non tossici per i futuri astronauti, capacità che sarebbero vitali per le missioni Artemis della NASA, che mirano a stabilire una presenza umana a lungo termine sulla Luna entro la fine del decennio.
Ma per valutare l’efficacia di questo nuovo materiale da costruzione nello spazio, il team ha testato il processo di fabbricazione in una serie di diverse condizioni ambientali, rivelando che la qualità complessiva del materiale dipende in larga misura dalla superficie su cui viene stampato il suolo.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Acta Astronautica.
Come si comporta il simulante del suolo lunare
“Combinando diverse materie prime, come metallo e ceramica, nel processo di stampa, abbiamo scoperto che il materiale finale è molto sensibile all’ambiente“, ha affermato Sizhe Xu, autore principale dello studio e ricercatore associato in ingegneria dei sistemi industriali presso l’Ohio State University. “Ambienti diversi determinano proprietà diverse, che influiscono direttamente sulla resistenza meccanica e sulla resistenza agli shock termici di alcuni componenti”.
Esistono due tipi di simulanti di regolite lunare che gli scienziati utilizzano per studiare la superficie della Luna. Quello utilizzato da questo team, chiamato LHS-1, è progettato per replicare il suolo presente negli altopiani lunari, un’area ricca di crateri e ricca di roccia basaltica di colore scuro.
In questo caso, i ricercatori hanno scoperto che, sebbene stampare LHS-1 su superfici in acciaio inossidabile e vetro fosse impegnativo, aderiva bene alla ceramica di allumina-silicato, probabilmente perché i due composti formano cristalli che migliorano la stabilità termica e la resistenza meccanica.
Sfide nella costruzione fuori dalla Terra
Anche altri fattori ambientali, come la quantità di ossigeno nell’atmosfera, la potenza del laser e persino la velocità del processo di stampa, hanno dimostrato di influire sulla stabilità della struttura, ha affermato Sarah Wolff, autrice senior dello studio e professoressa associata di ingegneria meccanica e aerospaziale presso l’Ohio State University.
“Ci sono condizioni che si verificano nello spazio che sono davvero difficili da emulare in un simulatore“, ha affermato. “Può funzionare in laboratorio, ma in un ambiente con risorse scarse, bisogna provare tutto per massimizzare la flessibilità di una macchina in diversi scenari”.
Non sorprende che lo sviluppo di sistemi speciali per viaggi spaziali prolungati sia uno degli aspetti più impegnativi per il successo dell’esplorazione umana, poiché le tecnologie create per l’utilizzo delle risorse in situ, ovvero lo sfruttamento delle risorse naturali locali nelle destinazioni delle missioni, devono essere progettate per resistere a condizioni ambientali estreme di vuoto, polvere e temperature elevate.
Perché la produzione nello spazio è importante
Per raggiungere questo obiettivo, gli scienziati stanno rapidamente sviluppando sistemi di produzione additiva, che contribuirebbero a ridurre la necessità di trasportare grandi quantità di materiali e attrezzature pesanti dalla Terra e consentirebbero agli astronauti di creare una serie di strutture, strumenti e habitat.
La promessa di queste tecnologie non solo farebbe risparmiare tempo prezioso durante le missioni, ma consentirebbe anche una maggiore indipendenza durante i viaggi nello spazio profondo.
Tuttavia, sono necessari ulteriori dati per superare eventuali limitazioni che i futuri viaggiatori potrebbero incontrare durante i loro decolli verso altri mondi. Questo studio, ad esempio, suggerisce che, invece di essere alimentato a elettricità come avviene sulla Terra, i futuri progetti del sistema potrebbero probabilmente essere ampliati utilizzando architetture di alimentazione a energia solare o ibride.
Potenziale impatto sulla Terra
“Ci sono così tante applicazioni su cui stiamo lavorando con nuove informazioni che le possibilità sono infinite“, ha affermato Xu.
Il lavoro di questo team si estende anche oltre il supporto all’impegno dell’umanità verso le stelle: acquisire una migliore comprensione di come potrebbe funzionare la produzione nello spazio potrebbe aiutare i ricercatori a scoprire nuovi modi per affrontare la carenza critica di materiali sulla Terra, ha affermato Wolff.
“Se riusciamo a produrre con successo oggetti nello spazio utilizzando pochissime risorse, significa che possiamo raggiungere una maggiore sostenibilità anche sulla Terra”, ha affermato. “A tal fine, migliorare la flessibilità della macchina per diversi scenari è un obiettivo su cui stiamo lavorando duramente“.
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