الملخص:
أظهر فريق بحث من جامعة أركنساس في الولايات المتحدة مؤخرًا إنجازًا تكنولوجيًا مهمًا للاستيطان القمري في المستقبل. نجح الباحثون في استخدام محاكاة التربة القمرية لإنشاء وحدات بناء تشبه لبنات البناء بشكل مباشر والتي يمكن ربطها معًا دون إضافة مواد ربط إضافية أو مواد أخرى. وهذا يعني أنه عند بناء قواعد على القمر في المستقبل، قد يتمكن رواد الفضاء من الاستفادة على نطاق واسع من الموارد المحلية وتقليل الحاجة إلى نقل مواد البناء من الأرض.
يشبه الباحثون الفكرة ببناء نماذج ليغو العملاقة. والفرق هو أن مواد البناء لم تعد عبارة عن كتل بناء بلاستيكية، بل وحدات متشابكة مصنوعة من التربة القمرية المنتشرة عبر سطح القمر. ويمكن ربط هذه الوحدات ودمجها في هياكل أكبر، مما يوفر إمكانيات جديدة لبناء قواعد قمرية دائمة في المستقبل.
استخدم هذا البحث مادة تجارية من التربة القمرية تسمى LHS-1، والتي تم تطويرها بناءً على خصائص العينات القمرية التي جلبتها مهمة الهبوط على سطح القمر أبولو. وعلى عكس تربة الأرض، لا تحتوي التربة القمرية على مواد عضوية. وبدلاً من ذلك، فهو يتكون من جزيئات حادة تشكلت بعد مليارات السنين من الكويكبات والنيازك الدقيقة ومختلف الحطام الفضائي الذي اصطدم بالقمر.
تم نشر نتائج البحث في مجلة "NPJ Advanced Manufacturing". المؤلف الأول لهذه الورقة هو كول ماكالوم، وهو طالب جامعي في جامعة أركنساس، والمؤلف المقابل هو وان شو، أستاذ مساعد في الهندسة الميكانيكية.
خلال التجربة، استخدم الفريق تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد تسمى "دمج طبقة مسحوق الليزر". تبدأ العملية بوضع طبقة رقيقة من المسحوق على منصة ثم استخدام مصدر ضوء عالي الطاقة لتسخين مناطق معينة، مما يؤدي إلى ترابط الجزيئات مع بعضها البعض من خلال التلبيد. يتم بعد ذلك إنزال المنصة، ويتم وضع طبقة جديدة من المسحوق وتكرر العملية، مما يؤدي في النهاية إلى بناء الجسم ثلاثي الأبعاد طبقة بعد طبقة.
سبق أن حققت فرق البحث طباعة ثلاثية الأبعاد لتربة القمر، لكنها تطلبت عادةً إضافة مواد رابطة إضافية لتعزيز القوة الهيكلية. ومع ذلك، إذا تم استخدام هذه المواد لبناء القمر في المستقبل، فستظل هناك حاجة إلى نقلها من الأرض، مما يزيد من تكلفة المهمة وتعقيدها.
هذه المرة، أظهر فريق جامعة أركنساس لأول مرة أنه يمكن تلبيد التربة القمرية المحاكاة مباشرة في وحدات بناء قابلة لإعادة التشكيل دون استخدام أي مواد رابطة، والاعتماد فقط على مصدر ضوء منخفض الطاقة نسبيًا. وكما يوضح الباحثون، فإن جزيئات التربة القمرية تترابط ذاتيا بدلا من الاعتماد على مواد خارجية لإكمال الروابط.
يبلغ حجم الوحدات المنتجة في التجربة حوالي عدة سنتيمترات، وتشمل الأشكال هياكل على شكل صليب وعلى شكل "H". يمكن لهذه الوحدات أن تتجمع معًا مثل مكعبات الليغو لتشكل نظام بناء أكبر.
ومع ذلك، أشار الباحثون أيضًا إلى أن هذه التكنولوجيا لا تزال بعيدة بعض الشيء عن استخدامها فعليًا في الهندسة القمرية. تظهر نتائج الاختبار أن المسامية الداخلية للوحدات المصنوعة من التربة القمرية النقية المحاكاة عالية، وأن القوة الهيكلية لا تزال أضعف من المنتجات المماثلة المصنوعة من المواد الرابطة.
وقال ماكالوم إن الهيكل الذي يتم تصنيعه حاليا هو بالفعل ذاتي الدعم، ولكن في هذه المرحلة ليس هناك ما يضمن أنه سيكون قادرا على تحمل أحمال أعلى، لذلك فهو ليس مناسبا بعد للاستخدام المباشر كمواد بناء حاملة.
بالإضافة إلى ذلك، يحتاج الفريق إلى مزيد من التحقق من أداء هذه التكنولوجيا في بيئة قمرية حقيقية. وأشار الباحثون إلى أن ظروف الجاذبية المنخفضة والفراغ للقمر قد يكون لها تأثير على عملية الطباعة، لذلك هناك حاجة إلى مزيد من التجارب لفهم جدوى التكنولوجيا في بيئات سطح القمر الفعلية. وفي الوقت نفسه، يخطط فريق البحث أيضًا لتحسين خصائص المواد لزيادة قوتها الميكانيكية ومتانتها.
وعلى الرغم من ذلك، يظل البروفيسور شوان متفائلًا بشأن مستقبل التكنولوجيا. ويرى أن طريقة التصنيع هذه التي لا تتطلب مواد إضافية من المتوقع أن تصبح تقنية أساسية مهمة لبناء مستوطنات طويلة الأمد على القمر في المستقبل، مما يوفر حلولاً فعالة لإنتاج مكونات البناء والبنية التحتية على القمر.
بالنسبة للمؤلف الأول ماكالوم، أصبحت هذه الدراسة أيضًا نقطة انطلاق مهمة لمسيرته المهنية في مجال البحث العلمي. أصله من ليتل روك، أركنساس، الولايات المتحدة الأمريكية، انضم إلى المختبر للمشاركة في البحث العلمي عندما كان طالبًا جامعيًا، وشجعه أساتذته على إجراء بحث متعمق حول التصنيع الإضافي.
في شهر مايو من هذا العام، تخرج ماكالوم بتخصص مزدوج في الهندسة الميكانيكية والفيزياء وفاز بأول "منحة لافاييت". تم إنشاء هذا البرنامج للاحتفال بالذكرى الـ 250 لتأسيس الولايات المتحدة. تم اختيار 30 طالبًا فقط من بين أكثر من 3400 متقدم للدراسة للحصول على درجة الماجستير في فرنسا.
يدرس حاليًا هندسة الطيران في المدرسة العليا للطيران في تولوز، فرنسا. وعلى الرغم من أن اتجاهه البحثي قد تحول من التصنيع الإضافي إلى مجال الفضاء الجوي، إلا أنه قال إن خبرته في المشاركة في مشروع وحدة بناء التربة القمرية ساعدته على تجميع خبرة البحث العلمي مقدمًا، كما جعلته أكثر هدوءًا عند مواجهة الإخفاقات التجريبية وتحديات البحث.
يعتقد فريق البحث أنه مع مزيد من التحسن في عملية التصنيع وأداء المواد، من المتوقع أن تنتقل فكرة استخدام الموارد المحلية على القمر لإنتاج مكونات البناء مباشرة من المختبر إلى الواقع، مما يمهد الطريق أمام البشر لإنشاء قاعدة قمرية دائمة في المستقبل.
التعليقات