Лазеры открывают путь к производству стекла и керамики на Луне

Исследования Университета Флориды применяют лазеры для обработки лунного реголита и стекла, уменьшая зависимость будущих миссий от транспортировки тяжелого оборудования с Земли

Мировые космические программы — от американской Artemis до российско-китайского проекта Международной лунной исследовательской станции (ILRS) и концепции «Moon Village» Европейского космического агентства — объединяются в одном: Луна становится целью для долгосрочного человеческого присутствия. После успешного завершения миссии Artemis II и объявлений о планах по строительству лунной базы к 2030-м годам, вопрос перехода от экспедиций к созданию инфраструктуры становится актуальной задачей.

Основное ограничение таких инициатив — строительство в условиях Луны, куда доставка оборудования с Земли крайне затратна. Одним из решений является использование местного грунта — реголита — в качестве строительного материала. В Университете Флориды предложили метод, при котором лазеры применяются для «спекания» и формирования реголита и стекла непосредственно на месте, превращая их в строительные элементы.

Исследование, проведенное командой под руководством Виктории М. Миллер из Инженерного колледжа Герберта Вертхайма при Университете Флориды, опубликовано в журнале Springer Nature. Работа основывается на ранее выполненной программе, частично финансируемой Агентством перспективных оборонных исследовательских проектов США (DARPA), и посвящена лазерной обработке материалов в условиях, близких к космическим.

Метод лазерной обработки основывается на использовании концентрированного инфракрасного излучения для бесконтактного нагрева и изменения формы материала. В отличие от традиционных методов механической обработки, здесь не требуются формы, прессы или тяжелое оборудование — материал деформируется благодаря локальному термическому напряжению. Исследователи изучали, как этот процесс функционирует при различных атмосферных условиях, что имеет значение для применения в вакууме Луны и на других объектах с разреженной атмосферой.

В экспериментах использовались образцы материала, имитирующего лунный грунт и стекло, созданное из него. Технология продемонстрировала, что лазерное воздействие может эффективно формировать стеклянные и керамические структуры, которые потенциально подходят для строительства элементов будущих баз. Такой подход относится к стратегии In-Situ Resource Utilization (ISRU) — использованию местных ресурсов вместо транспортировки материалов с Земли.

По словам Миллер, ключевое преимущество технологии заключается в значительном сокращении массы и объема оборудования, которое необходимо выводить в космос: вместо тяжелых строительных систем используется компактный лазерный источник энергии, способный формировать материал непосредственно на Луне. Это особенно актуально для лунной среды, где каждая дополнительная тонна груза критически увеличивает стоимость миссий.

Кроме строительства баз, лазерная обработка может быть использована для производства инструментов и запасных частей прямо на орбите или на поверхности Луны, уменьшая зависимость от поставок с Земли. Это особенно важно для длительных миссий, включая работу на космических станциях, где нехватка запчастей является постоянным ограничением.

Авторы также подчеркивают, что технология имеет более широкий потенциал за пределами космоса — от гибкого производства до применения в строительстве на Земле. В условиях роста населения и необходимости более эффективных методов производства такие лазерные технологии могут стать основой для новых подходов к созданию инфраструктуры как в космосе, так и на планете.