ESA’nın PAVER projesi, ay regolitinin erimesi yoluyla Ay’da yollar ve iniş pistleri gibi döşeli yüzeylerin oluşumunu araştırdı. Karasal testler için bir karbondioksit lazeri kullanıldı, ancak Ay’da güneş ışığını odaklamak için bir Fresnel lens kullanılacaktı. Katkıda bulunanlar: PAVER konsorsiyumu/LIQUIFER Sistem Grubu
Avrupa Uzay Ajansı (ESA), simüle edilmiş ay tozunu eritmek için lazeri başarıyla kullandı ve Ay’da potansiyel yol inşaatının önünü açtı; bu, gelecekteki görevlerde ay tozu sorunlarını yönetmek için çok önemli bir adım.
Astronotlar ay yüzeyine döndüklerinde muhtemelen yürümekten çok araba kullanacaklar; ancak dalgalanan ay tozunu uzak tutmak için yollara ihtiyaçları olacak. 12 Ekim’de dergide bildirilen bir ESA projesi Bilimsel Raporlar simüle edilmiş ay tozunu güçlü bir lazerle eriterek yola çıkmaya elverişli yüzeylerin oluşturulmasını test etti.
Astronot Gene Cernan, arka planda Apollo 17 Ay Modülüyle birlikte ay gezicisini sürüyor. Kredi bilgileri: NASA
Ay Yollarının Gerekliliği
Medeniyetle birlikte yollar da gelir ve bu, tozu uzak tutmak için özellikle Ay’da geçerli olacak. Ay tozu son derece ince, aşındırıcı ve yapışkandır. Apollo döneminde toz, ekipmanları tıkamış ve uzay giysilerini aşındırmıştı..
Surveyor 3 uzay aracı, 20 Kasım 1969’da bu fotoğrafı çeken Apollo 12 astronotları Charles Conrad Jr. ve Alan L. Bean tarafından ziyaret edildi. Kredi: NASA
Özellikle, Apollo 17 ay gezgini arka çamurluğunu kaybettiğinde, astronotlar geri dönüştürülmüş ay haritalarını kullanarak bir düzeltme yapana kadar araç, aşırı ısınma tehlikesiyle karşı karşıya kalacak kadar tozla kaplandı. Sovyetler Birliği’nin Lunokod 2 gezgini, radyatörü tozla kaplandığında aşırı ısınma nedeniyle gerçekten de yok oldu.
Apollo 12 Ay Modülü yaklaşık 180 metre uzağa indiğinde Surveyor 3 iniş aracı tozla kaplandı. Akım NASA modelleme, aya iniş yapan araçlar yere indiğinde, itici dumanlarının tonlarca tozu yerinden çıkarabileceğini, potansiyel olarak iniş yüzeylerine yapışabileceğini ve inişin tüm çevresini kaplayabileceğini öne sürüyor.
Ay Yüzeyini Asfaltlamak
En pratik tepki, yollar ve iniş pistleri de dahil olmak üzere Ay’daki faaliyet alanlarının üzerini asfaltlayarak tozu uzak tutmaktır. Karayolları yapmak için kumu eritme fikri Dünya için ilk kez 1933’te önerildi.
ESA’nın PAVER – Regolitin geniş alanlı sinterlenmesi için yolu döşemek – projesi, Almanya’daki BAM Malzeme Araştırma ve Test Enstitüsü ile Almanya’daki Aalen Üniversitesi, Avusturya’daki LIQUIFER Sistem Grubu ve Almanya’daki Clausthal Üniversitesi liderliğinde aynı yaklaşımın ay yol yapımı için uygulanabilirliğini araştırdı Alman Havacılık ve Uzay Merkezi DLR’nin Uzayda Malzeme Fiziği Enstitüsü’nün desteğiyle Teknoloji Bilimi.
PAVER konsorsiyumu, Ay’ın yüzeyinde asfalt yüzeyler oluşturmanın bir yolu olarak, simüle edilmiş ay tozunu camsı bir katı yüzeye eritmek için 12 kilowatt’lık bir karbondioksit lazeri kullandı. Clausthal Teknoloji Üniversitesi’nde kurulan tesislerde konsorsiyum 5-10 cm’lik bir spot boyutuna ulaştı. Deneme yanılma yoluyla ilerleyerek, yaklaşık 20 cm çapında üçgen, içi boş merkezli geometrik şekiller üretmek için 4,5 cm çapında bir lazer ışını kullanarak bir strateji geliştirdiler. Bunlar, ay toprağının geniş alanları boyunca yol veya iniş pisti görevi görebilecek sağlam yüzeyler oluşturmak için birbirine kenetlenebilir. Kredi bilgileri: PAVER Konsorsiyumu
PAVER konsorsiyumu, Ay’ın yüzeyinde asfalt yüzeyler oluşturmanın bir yolu olarak, simüle edilmiş ay tozunu camsı bir katı yüzeye eritmek için 12 kilowatt’lık bir karbondioksit lazeri kullandı.
ESA malzeme mühendisi Advenit Makaya’nın açıkladığı gibi, proje aslında 1933’teki orijinal konsepte geri dönüyor: “Uygulamada Ay’a karbondioksit lazeri getirmeyeceğiz. Bunun yerine, bu mevcut lazer deneylerimiz için bir ışık kaynağı olarak hizmet ediyor ve Ay yüzeyinde eşdeğer bir erime sağlamak üzere birkaç metre çapındaki bir Fresnel merceği kullanılarak yoğunlaştırılabilen ay güneş ışığının yerini alıyor.
Clausthal Teknoloji Üniversitesi’nde kurulan tesislerde PAVER Konsorsiyumu 5-10 cm’lik bir erime noktası boyutuna ulaştı. Deneme yanılma yoluyla ilerleyerek, yaklaşık 20 cm çapında üçgen, içi boş merkezli geometrik şekiller üretmek için 4,5 cm çapında bir lazer ışını kullanarak bir strateji geliştirdiler. Bunlar, ay toprağının geniş alanları boyunca yol veya iniş pisti görevi görebilecek sağlam yüzeyler oluşturmak için birbirine kenetlenebilir. Kredi bilgileri: PAVER Konsorsiyumu
Metodoloji ve Sonuçlar
“Geçmişteki yerinde kaynak kullanımı projeleri sırasında Ayna konsantre güneş ısısı kullanan tuğla bina – çapı birkaç milimetreden birkaç santimetreye kadar değişen, nispeten küçük erime noktalarıyla sınırlı olan yüzey erimesine bakıyoruz. Yollar veya iniş pistleri inşa etmek için çok geniş bir alanı pratik bir zaman ölçeğinde tarayabilmek için çok daha geniş bir odak noktası gerekiyor.”
Clausthal Teknoloji Üniversitesi’nde kurulan tesislerde konsorsiyum 5-10 cm’lik bir spot boyutuna ulaştı.
Clausthal Teknoloji Üniversitesi’nde kurulu tesislerde PAVER Konsorsiyumu, simüle edilmiş ay tozunu eritmek için 5-10 cm’lik bir nokta boyutuna ulaştı. Deneme yanılma yoluyla ilerleyerek, yaklaşık 20 cm çapında üçgen, içi boş merkezli geometrik şekiller üretmek için 4,5 cm çapında bir lazer ışını kullanarak bir strateji geliştirdiler. Bunlar, ay toprağının geniş alanları boyunca yol veya iniş pisti görevi görebilecek sağlam yüzeyler oluşturmak için birbirine kenetlenebilir. Kredi bilgileri: PAVER Konsorsiyumu
Deneme yanılma yoluyla ilerleyerek, yaklaşık 20 cm çapında üçgen, içi boş merkezli geometrik şekiller üretmek için 4,5 cm çapında bir lazer ışını kullanarak bir strateji geliştirdiler. Bunlar, ay toprağının geniş alanları boyunca yol veya iniş pisti görevi görebilecek sağlam yüzeyler oluşturmak için birbirine kenetlenebilir.
Advenit şunları ekliyor: “Daha büyük nokta boyutuna sahip regolitle çalışmanın aslında daha kolay olduğu ortaya çıktı, çünkü milimetre ölçeğinde ısıtma, yüzey geriliminin bir araya toplanmasını zorlaştıran erimiş toplar üretiyor. Daha büyük ışın, kontrol edilmesi daha kolay olan sabit bir erimiş regolit tabakası üretir.
Tek bir eriyik tabakası yaklaşık 1,8 cm derinliğindedir. Kredi bilgileri: PAVER Konsorsiyumu
“Ortaya çıkan malzeme camsı ve kırılgandır ancak esas olarak aşağı doğru sıkıştırma kuvvetlerine maruz kalacaktır. Kırılsa bile onu kullanmaya devam edebiliriz, gerektiğinde onarabiliriz.”
Ekip, soğutulmuş bir pistin yeniden ısıtılmasının parçanın çatlamasına neden olabileceğini keşfetti ve bu nedenle minimum geçiş içeren geometrilere geçtiler. Tek bir eriyik tabakası yaklaşık 1,8 cm derinliğindedir; inşa edilen yapılar ve yollar, gerekli yük kuvvetlerine bağlı olarak birkaç katmandan oluşabilir.
BAM’da Çok Malzemeli Üretim Süreçleri Bölümünün başkanı Jens Günster şöyle açıklıyor: “Devasa yapılar üretmek için bu kadar yüksek erime derinliğine yalnızca büyük lazer noktalarıyla ulaşılabilir.”
Ekip, 2 cm kalınlığında yoğun malzemeden oluşan 100 metrekarelik bir iniş pistinin 115 günde inşa edilebileceğini tahmin ediyor.
ESA’nın PAVER – Geniş alanlı regolit sinterlemesi için yolu döşemek – projesi, Almanya’nın BAM Malzeme Araştırma ve Test Enstitüsü ile Almanya’daki Aalen Üniversitesi, Avusturya’daki LIQUIFER Sistem Grubu ve Almanya’nın Clausthal Üniversitesi liderliğinde Ay’da yol yapımı için regolitin eritilmesinin fizibilitesini araştırdı. Teknoloji, Alman Havacılık ve Uzay Merkezi DLR’nin Uzaydaki Malzeme Fiziği Enstitüsü’nün desteğiyle. Kredi bilgileri: PAVER Konsorsiyumu
Kökeni ve Gelecek Beklentileri
Bu proje, Açık Alan İnovasyon Platformu (OSIP) aracılığıyla ESA’nın Temel Faaliyetlerinin Keşif unsuru tarafından yürütülen bir fikir çağrısından kaynaklanmıştır.
Bu, Dünya dışı imalat ve inşaatla ilgili araştırma fikirlerini araştırdı.
Çağrıya en az 69 kez yanıt verildi. Bunlardan toplam 23 fikir hayata geçirildi; bu fikir, fikirlerin yenilikleriyle ilgili puan alan ESA uzmanlarından oluşan bir panel tarafından yapılan değerlendirmeye dayanıyordu.
Advenit, “Bu ilk çağrı bizim açımızdan etkili bir yatırım oldu” diyor ve ekliyor: “Takip soruşturması için birçok umut verici yol açtı.”
Referans: Juan-Carlos Ginés-Palomares, Miranda Fateri, Eckehard Kalhöfer, Tim Schubert, Lena Meyer, Nico Kolsch, Monika Brandić Lipińska, Robert Davenport, Barbara tarafından “Ay’da döşeme için ay regolit simülasyonunun büyük unsurlarının lazerle eritilmesi üretimi” Imhof, René Waclavicek, Matthias Sperl, Advenit Makaya ve Jens Günster, 12 Ekim 2023, Bilimsel Raporlar.
DOI: 10.1038/s41598-023-42008-1