Дальневосточные ученые разработали метод получения высокопрочных керамических материалов, подходящих для строительства баз на Луне. Авторы ноу-хау ― специалисты лаборатории ядерных технологий Института наукоемких технологий и передовых материалов Дальневосточного федерального университета (ИТПМ ДВФУ) и их коллеги из Дальневосточного геологического института Дальневосточного отделения Российской академии наук (ДВГИ ДВО РАН). Результаты исследования опубликованы в научном журнале Construction and Building Material.
Недра Луны ― бесценный источник ресурсов, причем регулярно пополняемый благодаря падениям метеоритов на ее поверхность. В лунных кратерах содержатся в огромных количествах железо, никель, кобальт, платина, платиноиды. На Луне также есть запасы гелия-3, способные обеспечить землян энергией на тысячи лет вперед. Согласно прогнозам, резервы платины, меди и никеля иссякнут на Земле через 40 лет, а золото, алмазы и цинк и того быстрее. Строительство баз на Луне является важнейшей научной и технологической задачей. Но для строительства нужны новые знания и новые материалы.
В исследовании дальневосточных ученых основой для создания стройматериалов стали вулканические породы из вулканов Горелый и Барановский, имеющие схожий с лунными аналогами химический и минеральный состав. Разработанная технология позволит при строительстве использовать местный материал, что сократит потребность в доставке с Земли объемного груза. Получать высокопрочные керамические материалы на Луне будут с помощью метода электроимпульсного плазменного спекания. Благодаря схожести составов Горелого и Барановского с лунным грунтом ученым удалось с высокой точностью воссоздать процесс изготовления строительных материалов в условиях спутника Земли.
Исследователи выяснили, что ключевую роль в формировании оптимальной микроструктуры и свойств керамики играет скорость нагрева при спекании. Высокая скорость нагрева приводит к более интенсивной консолидации материала, позволяя получить более плотную и прочную керамику, что важно для строительства в экстремальных лунных условиях.
Подробнее о проекте корреспонденту «Научной России» рассказал научный сотрудник лаборатории ядерных технологий Института наукоемких технологий и передовых материалов Дальневосточного федерального университета кандидат химических наук Олег Шичалин.
«В наших дальнейших планах ― исследовать возможность добавления соединений бора в состав вулканической породы, используемой для изготовления керамических материалов методом искрового плазменного спекания (SPS). Бор является эффективным нейтронным поглотителем и может обеспечить защиту от космического излучения. Также мы планируем провести моделирование и экспериментальные исследования на экспериментальном реакторе ИРТ-1 в Томске по введению соединений бора в состав вулканической породы и оценить их влияние на характеристики получаемых керамических материалов, такие как прочность, твердость, плотность и радиационная защита, оптимизировать параметры SPS-процесса (температура, скорость нагрева, давление) для обеспечения наилучших эксплуатационных свойств модифицированных керамических композитов, подходящих для строительства лунной базы. Нам также предстоит оценить технологичность и масштабируемость производства таких радиационно-защитных керамических материалов непосредственно на поверхности Луны с использованием местного сырья и SPS-технологи», ― рассказал Олег Шичалин.
По словам ученого, использование экспериментального реактора ИРТ-1 в Томске позволит более детально исследовать влияние добавок бора на радиационные характеристики разрабатываемых керамических композитов. Такие исследования позволят создать высокопрочные и радиационно-стойкие строительные материалы, оптимально подходящие для возведения лунной базы с использованием концепции ISRU (использование местных ресурсов).
В разговоре с корреспондентом «Научной России» Олег Шичалин также рассказал об основных сложностях при строительстве лунных баз и ключевых требованиях к материалам с использованием технологии SPS. К таким сложностям относятся резкие перепады температур (от -250°C до +250°C), отсутствие атмосферы и необходимость защиты от радиации, а также ограниченные возможности транспортировки материалов с Земли и, в связи с этим, необходимость использования местных ресурсов (концепция ISRU). Среди ключевых требований к материалам для лунных баз: высокая прочность и износостойкость, термостойкость в широком диапазоне температур, радиационная защита и др. А среди преимуществ предлагаемой учеными технологии SPS: высокая скорость и энергоэффективность спекания, возможность получения плотных и прочных керамических материалов, гибкость в использовании местного сырья (вулканические породы) и компактность оборудования для применения на Луне.
Таким образом, ключевой задачей является разработка керамических материалов на основе лунного реголита с использованием энергии атомного реактора и технологии SPS, обладающих высокими прочностными, термическими и радиационно-защитными свойствами, необходимыми для строительства лунных баз, подытожил специалист.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
На фото в тексте: макет лунохода в Музее вулканологии, Петропавловск-Камчатский. Автор: Олег Шичалин / ИТПМ ДВФУ. Авторы фотографий в галерее: Олег Шичалин / ИТПМ ДВФУ и abidal / 123RF
