UCF-Forscher stellen Mond-Regolith-Steine ​​her, die für den Bau des Artemis-Basislagers verwendet werden könnten

Oct 06, 2023

Im Rahmen des Artemis-Programms der NASA zum Aufbau einer langfristigen Präsenz auf dem Mond soll ein Artemis-Basislager errichtet werden, das eine moderne Mondhütte, einen Rover und ein Mobilheim umfasst. Dieser feste Lebensraum könnte dank einer aktuellen Entdeckung eines UCF-Forscherteams möglicherweise mit Ziegeln aus Mondregolith und Salzwasser gebaut werden.

Der außerordentliche Professor Ranajay Ghosh von der Fakultät für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik der UCF und seine Forschungsgruppe fanden heraus, dass 3D-gedruckte Steine ​​aus Mondregolith den extremen Umgebungen des Weltraums standhalten und ein guter Kandidat für kosmische Bauprojekte sind. Mondregolith ist der lose Staub, die Steine ​​und Materialien, die die Mondoberfläche bedecken.

Die Ergebnisse ihrer Experimente werden in einer aktuellen Ausgabe von Ceramics International detailliert beschrieben und vor der Veröffentlichung auch in der Zeitschrift New Scientist vorgestellt.

„Es ist immer eine Ehre, unsere Arbeit in einer renommierten Zeitschrift wie Ceramics International veröffentlichen zu dürfen, und wir freuen uns sehr, dass New Scientist unsere Forschungsergebnisse für die Veröffentlichung in ihrer Zeitschrift ausgewählt hat“, sagt Ghosh. „Angesichts der besonderen Stellung der UCF als Weltraumuniversität fühlen wir uns privilegiert, zur großen Tradition wissenschaftlicher Erkenntnisse beizutragen.“

Um die Steine ​​herzustellen, nutzte Ghoshs Team im Complex Structures and Mechanics of Solids (COSMOS) Lab eine Kombination aus 3D-Druck und Binder-Jet-Technologie (BJT), einer additiven Fertigungsmethode, die ein flüssiges Bindemittel auf ein Pulverbett drückt. In Ghoshs Experimenten war das Bindemittel Salzwasser und das Pulver Regolith, hergestellt vom Exolith Lab der UCF.

„BJT eignet sich hervorragend für keramikähnliche Materialien, die mit einem Laser nur schwer zu schmelzen sind“, sagt Ghosh. „Daher besteht ein großes Potenzial für eine nachhaltige außerirdische Fertigung auf Regolithbasis zur Herstellung von Teilen, Komponenten und Baustrukturen.“

Das BJT-Verfahren führte zu schwachen zylindrischen Ziegeln, sogenannten Grünteilen, die dann bei hohen Temperaturen gebrannt wurden, um eine stärkere Struktur zu erzeugen. Ziegel, die bei niedrigeren Temperaturen gebacken wurden, zerbröckelten, aber diejenigen, die einer Hitze von bis zu 1200 Grad Celsius ausgesetzt waren, konnten einem Druck von bis zu 250 Millionen Mal der Erdatmosphäre standhalten.

Laut Ghosh ebnet die Arbeit den Weg für den Einsatz von BJT bei der Konstruktion von Materialien und Strukturen im Weltraum. Ihre Ergebnisse zeigen auch, dass außerirdische Strukturen mit im Weltraum gefundenen Ressourcen gebaut werden können, was den Transport von Baumaterialien für Missionen wie Artemis drastisch reduzieren kann.

„Diese Forschung trägt zur laufenden Debatte in der Weltraumforschungsgemeinschaft über die Suche nach einem Gleichgewicht zwischen der außerirdischen Ressourcennutzung vor Ort und dem von der Erde transportierten Material bei“, sagt Ghosh. „Je weiter wir Techniken entwickeln, die die Fülle an Regolith nutzen, desto mehr Möglichkeiten werden wir haben, in Zukunft Basislager auf dem Mond, dem Mars und anderen Planeten zu errichten und zu erweitern.“

Der Erstautor der Arbeit ist Peter Warren, Ghoshs wissenschaftlicher Mitarbeiter. Zu den Co-Autoren gehört die Doktorandin des Maschinenbaus Nandhini Raju, Absolvent des MaschinenbausHossein Ebrahimi '21 Ph.D, der Doktorand des Maschinenbaus Milos Krsmanovic und die Professoren für Luft- und Raumfahrttechnik Seetha Raghavan und Jayanta Kapat.

Studientitel: Einfluss der Sintertemperatur auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von geformtem Mars- und Mondregolith

Ghosh kam 2016 als Assistenzprofessor an der Fakultät für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik zur UCF und ist Forscher am Center for Advanced Turbomachinery and Energy Research des MAE. Er leitet das Complex Structures and Mechanics of Solids Laboratory, besser bekannt als COSMOS Lab, wo er und sein Team mithilfe von Computermodellen und Experimenten neuartige Materialien herstellen und entwerfen. Er erlangte 2010 seinen Doktortitel in Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der Cornell University und ist Träger des CAREER Award der US National Science Foundation.