كيف يخطط العلماء لبناء قاعدة على القمر؟

توقع مصدرًا رئيسيًا لتعزيز كفاءة تسخين الميكروويف.

ناسايهدف برنامج أرتميس التابع لوكالة ناسا إلى إنشاء قاعدة قمرية كجزء من مبادرة استكشاف القمر المأهولة. ومع ذلك، قد تختلف توقعات الجمهور لهذه القاعدة الفضائية عن تلك التي تصورها أفلام الخيال العلمي الشعبية. يتطلب بناء قاعدة قمرية مجموعة واسعة من مواد البناء، مما ينطوي على تكاليف نقل كبيرة. يجب إطلاق هذه المواد من الأرض باستخدام الصواريخ.

نظرًا لأن نقل مواد البناء من الأرض إلى القمر مكلف ويستغرق وقتًا طويلاً، فلا بد من الاستفادة من المواد المحلية من أجل إنشاء قاعدة قمرية. إحدى الطرق الواعدة لبناء القاعدة القمرية باستخدام المواد المحلية هي التلدين بالموجات الدقيقة، والتي تعمل على تصلب تربة القمر (التربة) تحت نقطة انصهارها.

تجري حاليًا أبحاث نشطة حول عملية تلبيد تربة القمر باستخدام الليزر والطاقة الشمسية والموجات الدقيقة في جميع أنحاء العالم. ومن بين هذه التقنيات، تعد عملية تلبيد تربة القمر باستخدام الموجات الدقيقة تقنية بارزة يتم تطويرها من قبل مؤسسات مختلفة، بما في ذلك وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية (وكالة الفضاء الأوروبية)، والمعهد الكوري للهندسة المدنية وتكنولوجيا البناء (KICT، الرئيس كيم بيونج سوك).

البحث في التلبيد بالميكروويف

يقوم فريق بحثي (الدكتور جانجوين، لي، والدكتور يونج جاي، كيم، والدكتور هيون وو، جين) بقيادة الدكتور هيو سونج، شين في قسم أبحاث البناء المستقبلي والذكي في معهد كوريا للتكنولوجيا حاليًا بإجراء دراسة على الطوب المحاكي لتربة القمر المصبوبة بالميكروويف. يستخدم هذا البحث تقنيات التلبيد المشابهة لحرق السيراميك، ورفع درجة الحرارة لإنشاء الطوب الصلب.

تتمتع الطوب المصنوعة من مواد محاكاة الريجوليث القمري بقوة تزيد عن 20 ميجا باسكال، وهي قوة مماثلة للخرسانة. يعتمد التسخين بالميكروويف على الخواص العازلة للمادة، لذا فإن الدراسة التفصيلية للخصائص العازلة للريجوليث القمري ضرورية. حاليًا، لا يوجد بحث كافٍ حول كيفية تفاعل الريجوليث القمري مع التسخين بالميكروويف عند درجات حرارة متفاوتة.

التحقيق في المواد القمرية

كجزء من أبحاث التلبيد بالموجات الدقيقة، قام فريق البحث بالتحقيق في الخصائص العازلة لـ Korean Lunar Simulant (KLS-1) والإلمينيت (تيتانات الحديد) عند درجات حرارة مختلفة. الإلمنيت هو معدن وفير على سطح القمر ومن المعروف أنه يعزز كفاءة التسخين بالموجات الدقيقة. ومع ذلك، لم يتم إجراء دراسات مفصلة حول الخصائص العازلة للإلمنيت وسلوكه أثناء التسخين بالموجات الدقيقة.

تشير نتائج البحث إلى أن محاكاة الريجوليث القمري تتمتع بخاصية الشفافية للميكروويف؛ مما يجعل تسخينها أمرًا صعبًا. ومع ذلك، يتفاعل الإلمنيت (تيتانات الحديد) بقوة مع الموجات الدقيقة بسبب بنيته البلورية الفريدة، مما يسمح بالتسخين السريع إلى درجات حرارة عالية. بالإضافة إلى ذلك، كشف تحليل الهياكل البلورية لمحاكاة الريجوليث القمري والإلمنيت بنجاح عن العوامل الرئيسية التي تساهم في زيادة تفاعلات المعادن مع الموجات الدقيقة.

إن استخدام مورد محلي، وهو الإلمنيت، كعنصر تسخين في بناء القاعدة القمرية باستخدام التلبيد بالموجات الدقيقة يعني إنتاجًا فعالًا وسريعًا لمواد البناء. وأعرب الدكتور يونج جاي كيم من معهد كوريا للتكنولوجيا عن توقعه أن يكون هذا البحث أساسًا حاسمًا لتطوير تكنولوجيا الموجات الدقيقة لاستكشاف القمر في المستقبل وبناء القاعدة القمرية.

مرجع: “الخصائص العازلة المعتمدة على درجة الحرارة للمحاكاة القمرية الكورية والإلمنيت: إمكانات معالجة الموجات الدقيقة القمرية” بقلم يونج جاي كيم وهيون وو جين وجانججوين لي وبيونج هيون ريو وهيو سونج شين، 13 مايو 2024، مواد البناء والتشييد.
DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2024.136599

تم إجراء هذه الدراسة في إطار برنامج أبحاث KICT (رقم المشروع 20230081-001، تطوير جهاز محاكاة بيئي وتقنيات بناء متقدمة على TRL6 في ظروف قاسية؛ رقم المشروع 20230144-001، الهندسة المعمارية الفضائية: تطوير التكنولوجيا الأساسية لبناء مساكن على سطح القمر) بتمويل من وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات.