研究人員在《科學報告》(Scientific Reports)上發表了一項概念驗證研究,說明了使用激光熔化月球土壤的潛力,從而形成一種适合在月球上鋪設道路和着陸坪的耐用材料。這項研究是在地球上使用月球塵埃替代物進行的,它表明了這項技術在月球應用上的可行性,不過還需要進一步改進。
一項研究證明了激光熔化月球土壤的潛力,利用現場現有資源在月球上建造道路和着陸坪。
據《科學報告》(Scientific Reports)刊登的一項概念驗證研究報告稱,利用激光将月球土壤熔化成更堅固、更有層次的物質,就有可能在月球上建造鋪設好的道路和着陸坪。盡管這些實驗是在地球上使用月球塵埃的替代品進行的,但這些發現證明了這項技術的可行性,并表明它可以在月球上複制。不過,科學家們表示,可能還需要進一步的工作來完善這一過程。
月球塵埃的挑戰
偶氮月球塵埃給月球車帶來了巨大挑戰,因爲月球重力水平低,塵埃受到幹擾後往往會四處飄散,可能會損壞設備。因此,道路和着陸坪等基礎設施對于減輕塵埃問題和促進月球上的運輸至關重要。然而,從地球運輸建築材料成本高昂,因此必須利用月球上的現有資源。
PAVER 聯合企業利用 12 千瓦二氧化碳激光器将模拟月塵熔化成玻璃狀固體表面,以此在月球表面鋪設路面。在克勞斯塔爾理工大學安裝的設備上,該研究小組實現了 5-10 厘米的光斑大小。通過反複試驗,他們設計出一種策略,利用直徑爲 4.5 厘米的激光束,制造出直徑約 20 厘米的三角形空心幾何形狀。這些形狀可以相互交錯,在大面積的月球土壤上形成實心表面,用作道路或着陸坪。資料來源:PAVER 聯合企業
方法和結果
Ginés-Palomares、Miranda Fateri 和 Jens Günster 用二氧化碳激光熔化了一種名爲 EAC-1A 的細粒材料(由歐空局開發,作爲月球土壤的替代品),以模拟月球塵埃如何在月球上被聚焦的太陽輻射熔化成固體物質。
研究人員試驗了不同強度和大小的激光束(分别達到 12 千瓦和 100 毫米寬),以制造出堅固的材料,但他們發現,激光束路徑的縱橫交錯或重疊會導緻開裂。他們開發了一種策略,使用直徑爲 45 毫米的激光束來制作三角形、以空心爲中心、大小約爲 250 毫米的幾何形狀。作者認爲,這些形狀可以相互交錯,在大面積的月球土壤上形成實心表面,用作道路和着陸坪。
在克勞斯塔爾理工大學安裝的設備上,PAVER 聯合企業實現了 5-10 厘米的熔化模拟月球塵埃的點尺寸。通過反複試驗,他們設計出一種策略,使用直徑爲 4.5 厘米的激光束來制作直徑約 20 厘米的三角形空心幾何形狀。這些形狀可以相互交錯,在大面積的月球土壤上形成實心表面,用作道路或着陸坪。資料來源:PAVER 聯合企業
在月球上實施
根據作者的計算,要在月球上複制這種方法,需要從地球上運來一個約 2.37 米見方的透鏡,代替激光器充當太陽光聚光器。所需的設備體積相對較小,這将是未來月球任務的一個優勢。