آژانس فضایی اروپا (ESA) با موفقیت از لیزر برای ذوب گرد و غبار شبیه‌سازی شده استفاده کرده است، که راه را برای ساخت جاده‌های احتمالی در ماه هموار می‌کند که گامی مهم برای مدیریت چالش‌های غبار ماه در ماموریت‌های آینده است.
وقتی فضانوردان به سطح ماه برمی‌گردند، احتمالاً بیشتر رانندگی می‌کنند تا پیاده‌روی – اما برای دور نگه داشتن غبار ماه، به جاده‌ها نیاز دارند.
ضرورت راه های قمری
با تمدن، جاده‌ها نیز به وجود می‌آیند، و این به ویژه در ماه صدق می‌کند، فقط برای اینکه گرد و غبار دور بماند. گرد و غبار ماه بسیار ریز، ساینده و چسبنده است. در عصر آپولو گرد و غبار باعث گرفتگی تجهیزات و فرسایش لباس های فضایی شد.
قابل ذکر است، زمانی که ماه‌نورد آپولو ۱۷ گلگیر عقب خود را گم کرد، وسیله نقلیه به قدری با گرد و غبار پوشیده شد که تهدید به گرم شدن بیش از حد می‌شد، تا اینکه فضانوردان با استفاده از نقشه‌های بازیافتی ماه، تعمیری را بداهه ساختند. مریخ نورد Lunokod 2 اتحاد جماهیر شوروی در واقع در اثر گرمای بیش از حد زمانی که رادیاتور آن در غبار پوشانده شد، از بین رفت.
زمانی که ماژول قمری آپولو ۱۲ در فاصله ۱۸۰ متری فرود آمد، کاوشگر Surveyor 3 با گرد و غبار شن شد. مدل‌سازی کنونی ناسا نشان می‌دهد که وقتی فرودگرهای ماه به زمین برخورد می‌کنند، ستون‌های رانشگر آنها می‌توانند تنها گرد و غبار را از جای خود خارج کنند و به طور بالقوه به سطوح فرودگر بچسبند و همچنین کل مجاورت فرود را بپوشانند.
سنگفرش سطح ماه
عملی ترین واکنش این است که با سنگفرش روی مناطق فعالیت در ماه، از جمله جاده ها و سکوهای فرود، گرد و غبار را دور نگه دارید. ایده ذوب شن و ماسه برای ساخت جاده ها برای اولین بار در سال ۱۹۳۳ برای زمین مطرح شد.
پروژه PAVER ESA – هموار کردن جاده برای تف جوشی سنگ سنگی در منطقه بزرگ – امکان سنجی همین رویکرد را برای جاده سازی قمری که توسط موسسه تحقیقات و آزمایش مواد BAM آلمان با دانشگاه آلن در آلمان، گروه سیستم های LIQUIFER در اتریش و دانشگاه کلاستال آلمان هدایت می‌شود، بررسی کرد.
لیزر غبار ماه را ذوب می کند
کنسرسیوم PAVER از یک لیزر دی اکسید کربن ۱۲ کیلوواتی برای ذوب کردن غبار ماه شبیه سازی شده به یک سطح جامد شیشه ای، به عنوان راهی برای ساخت سطوح سنگفرش شده بر روی ماه استفاده کرد. در تأسیسات نصب شده در دانشگاه فناوری Clausthal، کنسرسیوم به اندازه نقطه ۵-۱۰ سانتی متر دست یافت. با ادامه آزمون و خطا، آنها با استفاده از یک پرتو لیزر به قطر ۴.۵ سانتی متر، یک استراتژی ابداع کردند تا اشکال هندسی مثلثی و توخالی در مرکز تقریباً ۲۰ سانتی متر تولید کنند. اینها می‌توانند برای ایجاد سطوح جامد در مناطق وسیعی از خاک ماه که می‌توانند به عنوان جاده یا سکوی فرود عمل کنند، به هم متصل شوند.
کنسرسیم PAVER از یک لیزر دی اکسید کربن ۱۲ کیلوواتی برای ذوب کردن غبار ماه شبیه سازی شده به یک سطح جامد شیشه ای، به عنوان راهی برای ساخت سطوح سنگفرش شده بر روی ماه استفاده کرد.
همانطور که ادونیت ماکایا، مهندس مواد ESA توضیح می دهد، این پروژه در واقع به مفهوم اولیه ۱۹۳۳ باز می گردد: «در عمل، ما لیزر دی اکسید کربن را روی ماه نمی آوریم. در عوض، این لیزر فعلی به عنوان منبع نوری برای آزمایش‌های ما عمل می‌کند، تا جای نور خورشید ماه را بگیرد که می‌توان با استفاده از یک عدسی فرنل چند متری برای تولید ذوب معادل در سطح ماه متمرکز شود.
رویکرد ها و نتایج
با ادامه آزمون و خطا، آنها با استفاده از یک پرتو لیزر به قطر ۴.۵ سانتی متر، یک استراتژی ابداع کردند تا اشکال هندسی مثلثی و توخالی در مرکز تقریباً ۲۰ سانتی متر تولید کنند. اینها می توانند برای ایجاد سطوح جامد در مناطق وسیعی از خاک ماه که می توانند به عنوان جاده یا سکوی فرود عمل کنند، به هم متصل شوند.
آدونیت ماکایا افزود: «در واقع معلوم شد کار با سنگ سنگی با اندازه نقطه بزرگتر آسان تر است، زیرا در مقیاس میلی‌متری حرارت دادن توپ‌های مذابی را تولید می‌کند که کشش سطحی باعث می‌شود به سختی جمع شوند. پرتو بزرگتر لایه‌ای پایدار از سنگ سنگ مذاب تولید می‌کند که کنترل آن آسان‌تر است.
ماده به دست آمده شیشه‌مانند و شکننده است، اما عمدتاً در معرض نیروهای فشاری رو به پایین قرار می‌گیرد. حتی اگر خراب شود، باز هم می‌توانیم به استفاده از آن ادامه دهیم و در صورت لزوم آن را تعمیر کنیم.»
این تیم دریافت که گرم کردن مجدد یک مسیر خنک شده می تواند باعث ترک خوردن آن شود، بنابراین آنها به سمت هندسه‌هایی رفتند که شامل حداقل کراس اوورها بود. یک لایه مذاب منفرد حدود ۱.۸ سانتی‌متر عمق دارد. سازه‌های ساخته شده و جاده‌ها ممکن است از چندین لایه تشکیل شده باشند، بسته به نیروهای بار مورد نیاز.
یِنس گونستر، سرپرست بخش فرآیندهای تولید چند ماده در BAM، توضیح می‌دهد: «چنین عمق ذوب بالا برای تولید ساختارهای عظیم تنها با نقاط لیزری بزرگ قابل دستیابی است.»
این تیم تخمین می‌زند که یک سکوی فرود ۱۰۰ متر مربع با ضخامت ۲ سانتی‌متر از مواد متراکم ممکن است در ۱۱۵ روز ساخته شود.
ESA’s PAVER – هموارسازی جاده برای تف جوشی سنگ سنگی در منطقه بزرگ – پروژه امکان ذوب سنگ سنگی برای جاده سازی ماه را بررسی کرد که توسط موسسه تحقیقات و آزمایش مواد BAM آلمان با دانشگاه آلن در آلمان، گروه سیستم های LIQUIFER در اتریش و دانشگاه Clausthal آلمان هدایت می‌شود.
منشا و چشم انداز آینده
این پروژه از یک فراخوان برای ایده‌هایی که توسط عنصر کشف فعالیت‌های اساسی ESA از طریق بستر نوآوری فضای باز (OSIP) اجرا می‌شود، سرچشمه گرفته است.
این به دنبال ایده های تحقیقاتی مرتبط با ساخت و ساز خارج از زمین بود .
این تماس کمتر از ۶۹ بار پاسخ داده شد. از این تعداد، در مجموع ۲۳ ایده اجرا شده است – بر اساس ارزیابی توسط گروهی از کارشناسان ESA، که ایده ها را بر اساس تازگی خود امتیاز دادند.
سوالات
پهنای یک پرتو لیزر در ماه چقدر خواهد بود؟
بنابراین، چیزی که به‌عنوان یک پرتو نور با عرض حدود ۱۰ فوت یا چند متر روی زمین شروع می‌شود، می‌تواند تا زمانی که به سطح ماه می‌رسد به بیش از ۱ مایل یا ۲ کیلومتر گسترش یابد، و زمانی که پرش می‌کند بسیار گسترده‌تر است.
غبار ماه چه خطراتی دارد؟
غبار ماه دارای سیلیکات است، ماده‌ای که معمولاً در اجسام سیاره‌ای با فعالیت آتشفشانی یافت می‌شود. معدنچیان روی زمین از ریه‌های ملتهب و زخمی ناشی از استنشاق سیلیکات رنج می‌برند. در ماه، گرد و غبار آنقدر ساینده است که لایه‌هایی از چکمه‌های لباس فضایی را خورد و مهر و موم خلاء ظروف نمونه آپولو را از بین برد.
غبار ماه چقدر تیز است؟
گرد و غبار بسیار ریز، ساینده و تیز است، مانند تکه‌های کوچک شیشه که آن را بیشتر از یک مزاحمت ساده، یک تهدید خطرناک می‌کند. پنجاه سال بعد، چالش‌های گرد و غبار برای اکتشاف و پایداری طولانی مدت در ماه و همچنین اکتشافات آینده انسان در مریخ بیشتر می‌شود.
آیا غبار ماه مغناطیسی است؟
خوشبختانه، غبار ماه نیز مستعد آهنربا است. لکه‌های ریز آهن فلزی (Fe0) در پوسته شیشه‌ای هر ذره گرد و غبار تعبیه شده است. تیلور یک فیلتر مغناطیسی برای بیرون کشیدن گرد و غبار از هوا و همچنین یک “مکنده گرد و غبار” طراحی کرده است که از آهنربا به جای خلاء استفاده می‌کند.
برد لیزری ماه چیست؟
بازتابنده برد لیزری (LRRR) که توسط خدمه آپولو ۱۱ بر روی سطح ماه رها شد، یک آرایه بازتاب دهنده با ساختار پشتیبانی تاشو برای هدف‌گیری و همسویی آرایه به سمت زمین بود. آرایه از مکعب‌های سیلیس ذوب شده ساخته شده بود.
تعاریف
ESA (آژانس فضایی اروپا):
آژانس فضایی اروپا (ESA) یک سازمان فضایی بین‌المللی است که توسط کشورهای عضو تأسیس شده و در زمینه برنامه‌ها و پروژه‌های فضایی فعالیت می‌کند.
لیزر:
لیزر یک منبع نوری است که با تولید امواج نوری که همواره هم‌فاز و هم‌جهت هستند، برای کاربردهای مختلف از جمله ارسال اطلاعات، برش و حکاکی مواد، و اندازه‌گیری دقیق استفاده می‌شود.
ماه:
ماه، سیاره‌ی طبیعی زمین است که به دور خود در حال گردش می‌باشد و بر اثر جاذبه‌ی زمین در مدار حول آن قرار دارد.
غبار ماه:
ذرات ریز گرد و غبار که در محیط فضایی ماه وجود دارند و می‌توانند بر اثر اثرات جاذبه و بادهای شمسی حرکت کنند.
پروژه PAVER:
پروژه PAVER یک پروژه تحقیقاتی است که توسط ESA برای مطالعه و امکان آزمایش ذوب سنگ سنگی به منظور ساخت جاده‌ها و سازه‌های ماهی ارائه شده است.
لیزر دی اکسید کربن:
یک نوع لیزر که از گاز دی اکسید کربن به عنوان ماده فعال برای تولید امواج نوری استفاده می‌کند.
فرآیند ذوب:
عملیات تغییر وضعیت ماده از حالت جامد به حالت مایع، که با افزایش دما انجام می‌شود.
سطح جامد:
قسمتی از ماده که در حالت جامد قرار دارد و شکل و حجم ثابتی دارد.
عدسی فرنل:
یک عدسی شیشه‌ای که برای تمرکز نور به یک نقطه مشخص استفاده می‌شود.
سنگفرش:
سطحی که از سنگ‌ها یا مواد سخت ساخته شده و برای راهروها، جاده‌ها و فضاهای عمومی استفاده می‌شود.
تجهیزات فضایی:
وسایل و ابزارهایی که برای ماموریت‌ها و تحقیقات در فضا استفاده می‌شوند.
لباس فضایی:
لباسی که فضانوردان برای حفاظت از خود در محیط فضایی از آن استفاده می‌کنند.
فرودگر:
وسیله‌ای که برای فرود یک شیء به سطح سیاره یا ماه استفاده می‌شود.
جاذبه:
نیرویی که اشیاء را به سمت مرکز زمین یا هر سیاره‌ای می‌کشاند.
مجاورت فرودگر:
منطقه اطراف محل نزول یک فرودگر که ممکن است به دلیل تأثیرات فرود اثر گردد.
نقشه‌های بازیافتی ماه:
نقشه‌هایی که بر اساس داده‌های بازیافتی از سطح ماه تهیه شده و برای ماموریت‌های آینده ماهی استفاده می‌شوند.
مریخ نورد:
وسیله‌هایی که برای مطالعه و تحقیق در مریخ استفاده می‌شوند.
سیستم های LIQUIFER:
یک گروه تحقیقاتی و فناوری که در زمینه سیستم‌های مختلف مرتبط با مهندسی فضایی فعالیت می‌کند.
موسسه تحقیقات و آزمایش مواد BAM:
یک موسسه تحقیقاتی در زمینه مواد و تکنولوژی که در آلمان فعالیت دارد.
فضا باز (OSIP):
بستر نوآوری فضایی که توسط عنصر کشف فعالیت‌های اساسی ESA اجرا می‌شود و برای جمع‌آوری ایده‌ها و پروژه‌های مرتبط با فضا استفاده می‌شود.
