Riassunto:
Un gruppo di ricerca dell'Università dell'Arkansas negli Stati Uniti ha recentemente dimostrato un'importante svolta tecnologica per il futuro insediamento lunare. I ricercatori hanno utilizzato con successo il suolo lunare simulato per creare direttamente moduli costruttivi simili a blocchi che possono essere uniti insieme senza aggiungere ulteriori leganti o altri materiali. Ciò significa che in futuro, quando costruiranno basi sulla Luna, gli astronauti potrebbero essere in grado di fare un uso estensivo delle risorse locali e ridurre la necessità di trasportare materiali da costruzione dalla Terra.
I ricercatori paragonano l'idea alla costruzione di modelli giganti di Lego. La differenza è che i materiali da costruzione non sono più blocchi di plastica, ma moduli ad incastro costituiti da suolo lunare distribuito su tutta la superficie lunare. Questi moduli possono essere uniti e combinati in strutture più grandi, offrendo nuove possibilità per la costruzione di basi lunari permanenti in futuro.
Questa ricerca ha utilizzato un materiale commerciale simulato del suolo lunare chiamato LHS-1, sviluppato sulla base delle caratteristiche dei campioni lunari riportati dalla missione di atterraggio lunare Apollo. A differenza del suolo terrestre, il suolo lunare non contiene materia organica. Invece, è composto da particelle taglienti formatesi dopo miliardi di anni dall’impatto di asteroidi, micrometeoriti e vari detriti spaziali sulla Luna.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista "NPJ Advanced Manufacturing". Il primo autore dell'articolo è Cole McCallum, uno studente universitario dell'Università dell'Arkansas, e l'autore corrispondente è Wan Shou, assistente professore di ingegneria meccanica.
Durante l'esperimento, il team ha utilizzato una tecnologia di stampa 3D chiamata "fusione laser a letto di polvere". Il processo inizia stendendo un sottile strato di polvere su una piattaforma e quindi utilizzando una fonte di luce ad alta energia per riscaldare aree specifiche, facendo sì che le particelle si leghino tra loro attraverso la sinterizzazione. La piattaforma viene quindi abbassata, viene steso un nuovo strato di polvere e il processo viene ripetuto, costruendo infine l'oggetto tridimensionale strato dopo strato.
I team di ricerca hanno già realizzato la stampa 3D del suolo lunare, ma di solito richiedeva l'aggiunta di leganti aggiuntivi per migliorare la resistenza strutturale. Tuttavia, se in futuro questi materiali verranno utilizzati per la costruzione lunare, dovranno comunque essere trasportati dalla Terra, aumentando il costo e la complessità della missione.
Questa volta, il team dell'Università dell'Arkansas ha dimostrato per la prima volta che il suolo lunare simulato può essere sinterizzato direttamente in moduli edilizi riconfigurabili senza l'utilizzo di leganti, facendo affidamento solo su una fonte di luce a potenza relativamente bassa. Come spiegano i ricercatori, le particelle del suolo lunare si autolegano invece di fare affidamento su materiali esterni per completare le connessioni.
La dimensione dei moduli prodotti nell'esperimento è di circa diversi centimetri e le forme includono strutture a forma di croce e a forma di "H". Questi moduli possono agganciarsi insieme come i blocchi Lego per formare un sistema di costruzione più grande.
Tuttavia, i ricercatori hanno anche sottolineato che questa tecnologia è ancora lontana dall'essere effettivamente utilizzata nell'ingegneria lunare. I risultati dei test mostrano che la porosità interna dei moduli realizzati con puro suolo lunare simulato è elevata e la resistenza strutturale è ancora più debole rispetto a prodotti simili realizzati con leganti.
McCallum ha affermato che la struttura attualmente realizzata è già autoportante, ma in questa fase non vi è alcuna garanzia che possa sopportare carichi maggiori, quindi non è ancora adatta all'uso diretto come materiale da costruzione portante.
Inoltre, il team deve verificare ulteriormente le prestazioni di questa tecnologia in un ambiente lunare reale. I ricercatori hanno sottolineato che la bassa gravità e le condizioni di vuoto della Luna potrebbero avere un impatto sul processo di stampa, quindi sono necessari ulteriori esperimenti per comprendere la fattibilità della tecnologia negli ambienti reali della superficie lunare. Allo stesso tempo, il gruppo di ricerca prevede anche di migliorare le proprietà del materiale per aumentarne la resistenza meccanica e la durata.
Nonostante ciò, il professor Shouwan rimane ottimista riguardo al futuro della tecnologia. Egli ritiene che questo metodo di produzione, che non richiede materiali aggiuntivi, diventerà in futuro un’importante tecnologia di base per la costruzione di insediamenti a lungo termine sulla Luna, fornendo soluzioni efficienti per la produzione di componenti edilizi e infrastrutture sulla Luna.
Per il primo autore McCallum, questo studio divenne anche un importante punto di partenza per la sua carriera di ricerca scientifica. Originario di Little Rock, Arkansas, USA, si è unito al laboratorio per partecipare alla ricerca scientifica come studente universitario ed è stato incoraggiato dai suoi professori a condurre ricerche approfondite sulla produzione additiva.
Nel maggio di quest'anno, McCallum si è laureato con una doppia specializzazione in ingegneria meccanica e fisica e ha vinto la prima "borsa di studio Lafayette". Questo programma è stato istituito per commemorare il 250° anniversario della fondazione degli Stati Uniti. Solo 30 studenti sono stati selezionati tra più di 3.400 candidati per studiare per un master in Francia.
Attualmente studia ingegneria aerospaziale presso l'Ecole Supérieure de l'Aerospace di Tolosa, in Francia. Sebbene la sua direzione di ricerca si sia spostata dalla produzione additiva al campo aerospaziale, ha affermato che la sua esperienza nella partecipazione al progetto del modulo di costruzione del suolo lunare lo ha aiutato ad accumulare esperienza nella ricerca scientifica in anticipo e lo ha anche reso più calmo di fronte ai fallimenti sperimentali e alle sfide della ricerca.
Il gruppo di ricerca ritiene che, man mano che il processo di produzione e le prestazioni dei materiali verranno ulteriormente migliorati, si prevede che l'idea di utilizzare risorse locali sulla Luna per produrre direttamente componenti edilizi passerà dal laboratorio alla realtà, aprendo la strada agli esseri umani per stabilire in futuro una base lunare permanente.
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