Выпускник кафедры «Технологии композиционных материалов, конструкций и микросистем» МАИ Серафим Дегтярев разработал материал на основе имитатора лунного грунта и термопласта — полистирола. Маёвец получил материал путём прессования при температуре плавления. В дальнейшем из разработанного материала можно будет строить объекты на Луне с помощью аддитивных технологий.

Свой проект Серафим Дегтярев представил в апреле на XLVII. Международной молодёжной научной конференции «Гагаринские чтения». Пресс-служба Московского авиационного института пообщалась с молодым учёным и выяснила, как маёвец пришёл к идее проекта, с каким материалом работал в ходе исследования, и как его разработка поможет построить базу на Луне.

Проблема освоения Луны

Проблема освоения Луны имеет длинную предысторию и остаётся актуальной до сих пор. Естественный спутник Земли обладает множеством ресурсов, необходимых человечеству для развития и выживания. Мировое космическое сообщество ставит перед собой задачу полного освоения Луны, поэтому возникает необходимость построения на поверхности спутника долговременных жилых домов и производственных помещений.

Учёные смогут приступить к масштабному исследованию Луны только, когда станет возможным создавать на поверхности спутника быстровозводимые станции. Исследователи предлагают различные варианты получения строительных материалов на основе местного ресурса — лунного грунта. Поскольку строительство возможно только на Земле, где трудно найти реголит, выпускник МАИ занялся поисками его земного аналога. По его словам, схожий химический состав имеет базальт.

«Тему магистерской диссертации мне предложили на кафедре, и я увлёкся, поскольку Россия как раз заявила о планах по созданию постоянной базы на Луне», — поделился Серафим.

Материал для создания построек

Серафим изучил возможности получения полимерных композиционных материалов на основе имитаторов лунного грунта различного гранулометрического состава и порошкообразных полимерных композиций. Для этого он подобрал составы-имитаторы лунного грунта с различным гранулометрическим составом, полимерные порошкообразные связующие и изучил сыпучесть, таблетируемость и другие технологические свойства композиций при максимально допустимом количестве имитатора.

«Наполнителем служили порошки базальта различного гранулометрического состава из Булатовского карьера, а связующим веществом — порошки эмульсионного полистирола. Содержание связующего варьировалось от 10 мас.% до 30 мас.%», — рассказал выпускник МАИ о своём проекте.

3D-печать строительных материалов

Наполнитель и связующее прессовали вместе в цилиндрической пресс-форме при различных давлениях до 130 МПа. В результате получились отформованные таблетки диаметром 30 мм. Маёвцу удалось установить плотность и пористость полученных образцов и прочностные характеристики порошковых композиций разного состава.

Выпускник МАИ объяснил, что строительные материалы из полученных образцов можно получить разными способами, но наиболее оптимальными будут аддитивные технологии. Метод изготовления строительных изделий с помощью 3D-принтера подразумевает расплав лунного грунта, дозируемый в зону плавления солнечным теплом или микроволновым излучением.

«С помощью 3D-печати можно создавать строительные элементы из полимерных композиционных материалов на основе лунного грунта с полимерными добавками, поставляемыми с Земли. Они будут представлять собой матрицу ПКМ, причём в качестве такой матрицы можно использовать как термопласты, так и реактопласты, — объясняет автор разработки, — Чтобы придать реголиту нужную форму и монолитность, его предварительно необходимо сплавлять или спекать. Для этого мы предлагаем использовать высоконаполненную полимерную композицию из порошка реголита и порошкообразного полимера, доставляемого с Земли. Порошок полимера при повышении температуры переходит в вязко-текучее состояние и придаёт монолитность материалу при относительно низких затратах энергии. Он обеспечивает герметичность и стойкость материала к факторам космического пространства, которые действуют на поверхности Луны».

Сейчас маёвец работает над статьёй о полученных результатах исследования. В будущем Серафим планирует изучить возможность создания нового материала с ещё более низким содержанием связующего — до 3–5 мас.%, а также рассмотреть термо- и реактопластичные полимеры.