A tervezett újabb holdutazások és a Mars felfedezése olyan területen is találkoznak, amelyre ma még kevesen gondolnak: az építkezés. Ha megvalósul az a ma még álomnak tűnő elképzelés, hogy településeket hozzunk létre bolygónkon kívül, akkor rendelkezni kell a helyszínen a szükséges anyagokkal. Nyilvánvalóan fel sem merül az a megoldás, hogy ezeket az anyagokat a Földről szállítsák a hozzánk univerzális méretekben „közeli”, de valójában mégis távoli bolygókra. Éppen ezért már megindult az utat lerövidítő, egyben költségkímélő módszerek tanulmányozása.

Az egyik lehetséges megoldásnak a 3D-s nyomtatású olvasztott regolit látszik – írja a WIRED.

A következő napokban egy négy fős csapat érkezik a NASA houstoni Johnson űrközpontjának hangárjába, ahol egy évet töltenek el egy 3D-s nyomtatású épületben. A Mars Dune Alpha nevet viselő, 157 m2 alapterületű épület iszapból készült, színe mint a Mars talaja, a lakóterén túl még orvosi szolgálat és konyhakert is van benne. A Big-Bjarke Ingels Group építette, a 3D-s nyomtatást pedig az Icon Technology végezte.

A benne folyó kísérletek középpontjában azok a fizikai és viselkedési-egészségügyi kihívások állnak, amelyekkel az embereknek szembe kell nézniük a hosszú távú űrtartózkodás során. Egyben ez az első olyan struktúra, amelyet a NASA Holdra és Marsra szánt autonóm építési technológia-projektjéhez (MMPACT) építettek.

Amikor az ember visszatér a Holdra az Artemis-program keretében, az űrhajósok kezdetben keringő űrállomásokon, holdkompokon, vagy pedig felfújható felszíni épületekben laknak. Az MMPACT csapata azonban hosszú távon fenntartható struktúrák építésére készül.

Az első ilyen Földön kívüli projektet 2027-re tervezik. A küldetés során egy markolóval felszerelt robotkart kapcsolnak majd egy holdkomp oldalára, ezzel az eszközzel bányásszák ki és halmozzák fel a regolitot. A későbbi missziók félautomata exkavátorokat és más gépeket használnak majd lakóházak, utak, üvegházak, erőművek és olyan robbanástól védő pajzsok építésére, amelyek körülveszik a rakétakilövőket.

A Holdon történő 3D-s nyomtatáshoz vezető első lépés lesz, hogy lézerekkel vagy mikrohullámokkal megolvasztják a regolitot – árulta el Jennifer Edmundson, az MMPACT-csapat vezetője. Aztán lehűtik, hogy a gázok elillanhassanak, különben az anyag tele lesz lyukakkal, mint a szivacs. Ezután már ki lehet nyomtatni a kívánt formákra. Azt még nem dolgozták ki, hogy miként lehet ezeket a darabokat összeállítani. Edmundson szerint a lehető legjobban automatizálni akarják az építkezést, de nem zárható ki az emberi beavatkozás a jövőben sem a karbantartásoknál és a javításoknál.

A csapat egyik nagy feladata, hogy miként változtassa a Hold regolitját olyan erős és tartós építőanyaggá, amely képes megvédeni az emberi életet. Gondot jelenthet például, hogy a regolit jeget tartalmaz, mivel az Artemis-missziók a Hold déli pólusának közelébe indulnak.

Ráadásul a NASA-nak nem állnak rendelkezésre nagy mennyiségben holdkőzetek, hogy kísérletezzenek velük, csupán az Apollo 16 által hozott mintákkal dolgozhatnak. Tehát az MMPACT-csapatnak saját szintetikus verzióikat kell elkészítenie.

Corky Clinton, a kutatás egyik irányítója felhívja a figyelmet arra, hogy nehéz építeni a regolit geokémiai tulajdonságaira és egyberakni az apró részeket, mert meteoritokkal és más égitestekkel való ütközésekből jöttek létre több mint 4 milliárd évvel ezelőtt.

Vannak más bizonytalansági tényezők is. A Holdon sokkal kisebb a gravitáció, akár 45 percig tartó holdrengések is elképzelhetők, a déli póluson napsütésben elérheti az 54 C fokot, éjszaka viszont lehet akár mínusz 240 C fok is.

Ugyancsak kétségeket kelthet a Mars Dune Alpha esetében, hogy az ember még soha nem hozott Mars-talajmintát a Földre, így az Iconnak szimulálnia kellett ezt az anyagot, feltételezésekre hagyatkozva, például arra, hogy bazaltban gazdag.

A struktúra 3D-s nyomtatása egy hónapot vett igénybe. Ehhez egy óriási nyomtatókart használnak, amelyen egy fúvócső vonja ki egyenletesen a lávakrétát. A struktúra alaprajzának körvonalazásával kezdik, majd jönnek a rétegek és úgy építik felfelé, mint egy agyagedényt.

A Mars Dune Alpha az Icon által épített első olyan struktúra, amelyre 3D-s nyomtatott tetőt tettek. A tető oldalai úgy találkoznak az építmény tetején, mint két hullám az óceánban. A paneleket külön nyomtatták ki, majd hozzáadták a tetőszerkezethez.

Az Icon, amelynek 57,2 millió dolláros szerződése van a NASÁ-val a holdépítkezésekkel kapcsolatos kutatásokra és fejlesztésekre, olyan épületterveket rendelt, amelyek megvédhetnek egy négy fős csapatot a meteoritoktól, holdrengésektől, sugárzásoktól és a gyors hőmérséklet-változásoktól.

Közben vákuumkamrákban folynak a kísérletek a regolit megolvasztásával. Ezek a kamrák a Hold levegő nélküli körülményeit szimulálják, és egyben lehetőséget biztosítanak a kutatóknak, hogy teszteljék az extrém hőmérsékleteket. Ballard szerint láthatóan működnek a nagyobb mechanikai rendszerek és most megpróbálják egyensúlyba hozni az anyag erejét és merevségét.

Tesztelik az olvasztáshoz használt lézerek erejét, a hűtés időtartamát és a regolit geokémiai összetételét, amely változhat lelőhelyétől függően, mert a különböző alkotóelemeinek más és más az olvadási hőfoka. Jelenleg az MMPACT-csapat külön teszteli a lézeres és a mikrohullámos olvasztást, a tervek szerint idővel megkísérlik e két technológiát együtt alkalmazni.

A vákuumkamrában a 3D-s nyomtatással is kísérleteznek, először egy leszállópálya darabjaival. Ennél az infraktruktúránál fontos szempont, hogy az űrhajó által felkavart por ne tegyen kárt olyan fontos építményekben, mint a sugárzástól védő pajzsok, garázsok, utak, és hogy a porfelhő ne zavarja a leszállási körülményeket.

Ugyanígy haszos lehet a földi építkezéseken az a tapasztalat, amit a 3D nyomtatások során megszereznek.

A kutatók olyan építőanyagon is dolgoznak, amelyben a holdbéli regolitot vegyítenék szarvasmarha-proteinnel, mert ennek súlya a beton tizede. Az anyagot tavaly nyáron a Nemzetközi Űrállomás fedélzetén tesztelték először.