Sửng sốt về vật liệu xây dựng căn cứ trên Mặt trăng trong tương lai

Khi các phi hành gia của NASA trở lại Mặt trăng vào năm 2024 trong một cuộc thám hiểm lâu dài, họ sẽ cần một căn cứ, đủ kiên cố để chống chọi với bức xạ, giá lạnh đến đến âm 191 độ C và thiên thạch.

Nước tiểu phi hành gia sẽ là thành phần chính của hỗn hợp bê tông tạo nên công trình.

Sử dụng vật liệu có sẵn, bao gồm nước tiểu phi hành gia là phương án gần như không thể khác, trong điều kiện hiện nay, khi giá thành vận chuyển vật tư lên Mặt trăng cực đắt.

Xây dựng căn cứ trên Mặt trăng là một phần của chương trình Artemis của NASA. Người phụ nữ đầu tiên và người đàn ông tiếp theo sẽ hạ cánh xuống phần khuất Nam Cực của Mặt trăng.

Đây là nơi có nhiệt độ chênh lệch cao giữa ngày và đêm, sẽ yêu cầu các phi hành gia “học cách sống và hoạt động trên bề mặt của một thiên thể khác”, theo NASA.

Thật bất lợi, các phi hành gia không thể hạ cánh và lưu lại trên bề mặt Mặt trăng, nơi có môi trường sống khắc nghiệt. Họ sẽ phải xây dựng một môi trường sống an toàn để bảo vệ mình khỏi bức xạ, sự thay đổi nhiệt độ cực đoan – từ âm 9 độ đến âm 300 độ F (âm 22oC đến âm 191oC) và tác động của thiên thạch .

Các căn cứ Mặt trăng trong tương lai có thể được xây dựng bằng máy in 3D trộn các vật liệu như regolith Mặt trăng, nước và nước tiểu của phi hành gia. Ảnh: CNN.

Vấn đề đặt ra như vậy, khiến một trong những mục tiêu trước mắt cũng như dài hạn của chương trình Artemis là việc các phi hành gia phải tìm kiếm và sử dụng nước, cùng với các tài nguyên khác trên Mặt trăng, để cho phép thám hiểm lâu dài.

Quản trị viên của NASA, Jim Bridenstine, cho biết, không giống như chương trình Apollo, Artemis tìm kiếm phương cách bền vững để trở lại Mặt trăng.

Theo Bridenstine, chi phí vận chuyển vật liệu lên Mặt trăng rất tốn kém. Chuyển 1 pound (0,4536 kg) vật chất từ Trái đất lên Mặt trăng có thể tốn 10.000 đô la, theo nghiên cứu trước đây. Đây là lý do tại sao rất nhiều thứ trong tàu vũ trụ được chế tạo từ vật liệu cực nhẹ.

Vì vậy, các vật liệu được tìm thấy trên Mặt trăng, hoặc những vật liệu mà các phi hành gia có thể có, là chìa khóa cho cách tiếp cận bền vững của NASA.

Là một phần của một nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã nghiên cứu những gì sẽ xảy ra nếu bụi mặt trăng, được gọi là regolith, được trộn với một thành phần của nước tiểu người gọi là urê, để tạo ra một loại bê tông có thể in 3D, từ đó tạo ra cấu trúc phù hợp với môi trường sống của con người trên Mặt trăng.

Nghiên cứu được công bố vào cuối tháng Ba, trên Tạp chí Sản xuất sạch hơn.

“Để tạo ra bê tông geopolyme sẽ được sử dụng trên Mặt trăng, ý tưởng là sử dụng những gì có ở đó: regolith, hoặc vật liệu lỏng lẻo từ bề mặt của Mặt trăng và nước từ băng ở một số khu vực.”, Ramón Pamies, giáo sư Đại học Bách khoa Cartagena, Tây Ban Nha, tác giả nghiên cứu cho biết.

Nhưng các nhà nghiên cứu muốn hạn chế sử dụng lượng nước tự nhiên có thể có trên Mặt trăng, vì điều đó sẽ cần thiết hơn cho sự tồn tại của các phi hành gia.

Mẫu 3D đã được in bằng các hỗn hợp khác nhau. Ảnh: CNN.

Các căn cứ Mặt trăng trong tương lai có thể được xây dựng bằng máy in 3D trộn các vật liệu như bụi regolith Mặt trăng, nước và nước tiểu của phi hành gia.

“Với nghiên cứu này, chúng tôi đã thấy rằng một sản phẩm thải, chẳng hạn như nước tiểu của phi hành gia, cũng sẽ được sử dụng. Hai thành phần chính của chất lỏng cơ thể này là nước và urê, một phân tử cho phép các liên kết hydro bị phá vỡ và do đó, làm giảm độ nhớt [độ dày] của nhiều hỗn hợp nước.”, giáo sư Pamies nói.

Các nhà nghiên cứu quyết định kiểm tra xem urê có thể được sử dụng làm chất làm dẻo trong bê tông hay không, mục đích làm mềm hỗn hợp để làm cho nó dẻo hơn trước khi bê tông cứng lại.

Mẫu 3D đã được in bằng các hỗn hợp khác nhau. Đối với thử nghiệm, một vật liệu tương tự regolith, được phát triển bởi Cơ quan Vũ trụ châu Âu, đã được kết hợp với urê và chế tạo thành hình trụ bằng máy in 3D.

Các chất hóa dẻo phổ biến khác, như naphthalene và polycarboxylate, cũng được trộn với regolith và được in theo cùng một cách để so sánh. Sau khi in, các mẫu đã được kiểm tra để xem liệu chúng có thể xử lý tải trọng không.

Các xi lanh mẫu được làm bằng urê và naphtalen có thể giữ trọng lượng nặng và giữ được hình dạng ổn định. Cả hai đều dễ sử dụng trong máy in 3D. Các mẫu cũng được trải qua 8 chu kỳ tan băng và đóng băng – điều mà chúng có thể gặp phải trên Mặt trăng khi nhiệt độ thay đổi. Nó đã chịu được nhiệt độ cao nhất là 176 độ F (80 oC) trong các thử nghiệm.

Các nhà nghiên cứu cũng sẽ phải kiểm tra các hỗn hợp sẽ phản ứng như thế nào trong chân không, có thể bay hơi hay nứt vỡ khi nhiệt độ thay đổi.

Nghiên cứu cũng muốn kiểm tra xem bê tông có thể chống chọi với sự bắn phá của thiên thạch và cung cấp sự che chắn thích hợp cho con người khỏi mức độ phóng xạ cao.

“Chúng tôi chưa tìm ra làm thế nào urê sẽ được chiết xuất từ nước tiểu, vì chúng tôi đang đánh giá liệu điều này có thực sự cần thiết hay không, bởi vì có lẽ các thành phần khác của chất thải cũng có thể được sử dụng để tạo thành bê tông geopolyme.”- Anna-Lena Kjniksen, giáo sư Đại học stprint- Na Uy, đồng tác giả nghiên cứu nói.

Huy Anh