I mattoni extraterrestri stampati in 3D potrebbero risolvere le sfide della costruzione spaziale
L’uso delle risorse trovate nello spazio per costruire strutture fuori dal mondo può ridurre drasticamente la necessità di trasportare materiali da costruzione per programmi come Artemis.
Come parte del programma Artemis della NASA per stabilire una presenza a lungo termine sulla luna, mira a costruire un campo base Artemis che includa una moderna cabina lunare, un rover e una casa mobile. Questo habitat fisso potrebbe essere potenzialmente costruito con mattoni fatti di regolite lunare e acqua salata, grazie a una recente scoperta di un team di ricercatori dell’UCF.
Il professore associato Ranajay Ghosh del Dipartimento di ingegneria meccanica e aerospaziale dell’UCF e il suo gruppo di ricerca hanno scoperto che i mattoni stampati in 3D della regolite lunare possono resistere agli ambienti estremi dello spazio e sono un buon candidato per progetti di costruzione cosmica. La regolite lunare è la polvere, le rocce e i materiali sciolti che ricoprono la superficie della luna.
I risultati dei loro esperimenti sono descritti in dettaglio in un recente numero di Ceramics International e sono stati anche presentati sulla rivista New Scientist prima della pubblicazione.
“È sempre un onore poter pubblicare il nostro lavoro su una rivista prestigiosa come Ceramics International e siamo molto lieti che New Scientist abbia scelto la nostra ricerca da pubblicare sulla loro rivista”, afferma Ghosh. “Considerando il posto speciale dell’UCF come università con sovvenzioni spaziali, ci sentiamo privilegiati di contribuire alla grande tradizione della conoscenza scientifica”.
Per creare i mattoni, il team di Ghosh nel laboratorio COSMOS ( Strutture complesse e meccanica dei solidi ) ha utilizzato una combinazione di stampa 3D e tecnologia binder jet (BJT), un metodo di produzione additiva che forza un agente legante liquido su un letto di polvere. Negli esperimenti di Ghosh, l’agente legante era l’acqua salata e la polvere era la regolite prodotta dall’Exolith Lab dell’UCF .
Il professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale della UCF Ranajay Ghosh e l’assistente di ricerca laureato Peter Warren mostrano i mattoni cilindrici che hanno creato utilizzando la regolite lunare e marziana simulata.
“BJT è particolarmente adatto per materiali simili alla ceramica che sono difficili da fondere con un laser”, afferma Ghosh. “Pertanto, ha un grande potenziale per la produzione extraterrestre basata sulla regolite in modo sostenibile per produrre parti, componenti e strutture di costruzione”.
Il processo BJT ha prodotto deboli mattoni cilindrici chiamati parti verdi che sono stati poi cotti ad alte temperature per produrre una struttura più forte. I mattoni cotti a temperature più basse si sono sbriciolati, ma quelli esposti a temperature fino a 1200 gradi Celsius sono stati in grado di resistere a pressioni fino a 250 milioni di volte l’atmosfera terrestre.
Ghosh afferma che il lavoro apre la strada all’uso del BJT nella costruzione di materiali e strutture nello spazio. Le loro scoperte dimostrano anche che le strutture fuori dal mondo possono essere costruite utilizzando risorse trovate nello spazio, il che può ridurre drasticamente la necessità di trasportare materiali da costruzione per missioni come Artemis.
“Questa ricerca contribuisce al dibattito in corso nella comunità dell’esplorazione spaziale sulla ricerca dell’equilibrio tra l’utilizzo delle risorse extraterrestri in situ e il materiale trasportato dalla Terra”, afferma Ghosh. “Più sviluppiamo tecniche che utilizzano l’abbondanza della regolite, più capacità avremo nello stabilire ed espandere campi base sulla luna, Marte e altri pianeti in futuro”.
Il primo autore dell’articolo è Peter Warren, l’assistente di ricerca laureato di Ghosh. I coautori includono il dottorando in ingegneria meccanica Nandhini Raju, l’allievo di ingegneria meccanica Hossein Ebrahimi ’21PhD , lo studente di dottorato in ingegneria meccanica Milos Krsmanovic e i professori di ingegneria aerospaziale Seetha Raghavan e Jayanta Kapat.
Titolo dello studio: Effetto della temperatura di sinterizzazione sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche della regolite marziana e lunare modellata
Ghosh è entrato a far parte dell’UCF nel 2016 come assistente professore presso il Dipartimento di ingegneria meccanica e aerospaziale ed è ricercatore presso il Center for Advanced Turbomachinery and Energy Research del MAE . Gestisce il Complex Structures and Mechanics of Solids Laboratory, meglio noto come COSMOS Lab, dove lui e il suo team fabbricano e progettano nuovi materiali con l’aiuto di modelli ed esperimenti al computer. Ha conseguito il dottorato in ingegneria meccanica e aerospaziale presso la Cornell University nel 2010 ed è stato insignito del premio CAREER della US National Science Foundation.
