ومن خلال برنامج أرتميس، تأمل ناسا في إقامة وجود بشري دائم على القمر في منطقته القطبية الجنوبية. لدى الصين وروسيا ووكالة الفضاء الأوروبية (ESA) خطط مماثلة، وكلها تنطوي على بناء قواعد بالقرب من المناطق المظللة بشكل دائم (PSRs).—الحفر التي تحتوي على جليد الماء—التي تنتشر في حوض القطب الجنوبي-أيتكين. بالنسبة لهذه الوكالات وغيرها، من الضروري أن تكون هذه القواعد مكتفية ذاتيًا قدر الإمكان نظرًا لأنه لا يمكن إطلاق بعثات إعادة الإمداد بانتظام وتستغرق عدة أيام للوصول.
ولذلك، فإن أي خطة لإنشاء قاعدة قمرية يجب أن تهدف إلى حصاد الموارد المحلية لتلبية احتياجات أطقمها قدر الإمكان.—عملية تعرف باسم استخدام الموارد في الموقع (ISRU). في دراسة حديثة، اقترح الباحثون في جامعة ولاية أوهايو (OSU) استخدام طريقة طباعة ثلاثية الأبعاد متخصصة تعتمد على الليزر لتحويل الثرى القمري إلى مواد بناء صلبة. ووفقا للنتائج التي توصلوا إليها، يمكن لهذه الطريقة إنتاج هياكل متينة تتحمل الإشعاع والظروف القاسية الأخرى على سطح القمر.
ترأس فريق البحث سيزي شو، باحث مشارك في جامعة ولاية أوهايو. وانضم إليه زملاء من قسم هندسة النظم المتكاملة، والهندسة الميكانيكية وهندسة الفضاء الجوي، وعلوم وهندسة المواد بجامعة ولاية أوهايو. ظهرت ورقتهم البحثية بعنوان “التصنيع الإضافي لترسيب الطاقة الموجهة بالليزر لمحاكاة الثرى في المرتفعات القمرية” في المجلة. اكتا أسترونوتيكا.
تحديات الطباعة القمرية ثلاثية الأبعاد
وقد دفعت أهمية ISRU للاستكشاف البشري إلى التطور السريع لأنظمة التصنيع المضافة، أو الطباعة ثلاثية الأبعاد. وقد أثبتت هذه الأنظمة فعاليتها في تصنيع الأدوات والهياكل والموائل، مما يقلل بشكل فعال من الاعتماد على الإمدادات القادمة من الأرض. يعد تطوير مثل هذه الأنظمة لمهمات طويلة الأمد أحد أكثر جوانب العملية تحديًا، حيث يجب تصميمها للعمل في البيئة القاسية على القمر. ويشمل ذلك عدم وجود غلاف جوي، والتغيرات الهائلة في درجات الحرارة، ومشكلة الغبار القمري الدائمة.
يستخدم العلماء نوعين من الثرى القمري في تجاربهم وأبحاثهم: Lunar Highlands Simulant (LHS-1) وLunar Mare Simulant (LMS-1). وكجزء من بحثهم، استخدم الفريق LHS-1 الغني بالمعادن البازلتية، المشابهة لعينات الصخور التي حصلت عليها بعثات أبولو. لقد قاموا بإذابة هذا الثرى بالليزر لإنتاج طبقات من المواد ودمجها على سطح قاعدة من الفولاذ المقاوم للصدأ أو الزجاج. ولتقييم مدى نجاح هذه الأجسام في البيئة القمرية، اختبر الفريق عملية تصنيعها في ظل مجموعة من الظروف البيئية المختلفة.
الشيء الوحيد الذي لاحظوه هو أن الثرى المنصهر يلتصق جيدًا بسيراميك سيليكات الألومينا، ربما لأن المركبين يشكلان بلورات تعزز مقاومة الحرارة والقوة الميكانيكية. وكشف هذا أن الجودة الشاملة للمواد المطبوعة تعتمد إلى حد كبير على السطح الذي تتم طباعة الثرى عليه. كما أثرت عوامل بيئية أخرى، مثل مستويات الأكسجين في الغلاف الجوي، وقوة الليزر، وسرعة الطباعة، على استقرار المادة المطبوعة.
حيث يمكن أن تساعد المواد المطبوعة ثلاثية الأبعاد
يمكن لهذه العملية، المنتشرة على سطح القمر، أن تساعد في بناء موائل وأدوات قوية ومرنة وقادرة على التعامل مع البيئة القمرية. وهذا له فائدة إضافية تتمثل في زيادة الاستقلال عن الأرض، وهو أمر أساسي لتحقيق مهمات طويلة الأمد على القمر. بالإضافة إلى مساعدة رواد الفضاء على استكشاف القمر في المستقبل القريب (كجزء من برنامج أرتميس التابع لناسا)، يمكن أن تؤدي هذه التكنولوجيا أيضًا إلى بيئات مرنة ستمكن من الوجود البشري على المدى الطويل على القمر والمريخ وما بعده.
ومع ذلك، هناك العديد من العوامل البيئية غير المعروفة التي يمكن أن تحد من فعالية هذه الأنظمة على عوالم أخرى، وهناك حاجة إلى مزيد من البيانات قبل أن نتمكن من معالجتها. في دراستهم، يقترح الفريق أنه بدلاً من أن يتم تشغيلها بالكهرباء، يمكن للإصدارات المستقبلية الموسعة من طريقتهم أن تعتمد على أنظمة الطاقة الشمسية أو الهجينة. ومع ذلك، فإن إمكانية استكشاف الفضاء واضحة، وللتكنولوجيا أيضًا تطبيقات للحياة هنا على الأرض. وأوضحت سارة وولف، الأستاذ المساعد في الهندسة الميكانيكية وهندسة الطيران والمؤلفة الرئيسية للدراسة:
هناك ظروف تحدث في الفضاء يصعب محاكاتها في جهاز محاكاة. قد ينجح الأمر في المختبر، ولكن في بيئة شحيحة الموارد، يتعين عليك تجربة كل شيء لتحقيق أقصى قدر من مرونة الجهاز في سيناريوهات مختلفة. إذا تمكنا من تصنيع أشياء في الفضاء بنجاح باستخدام موارد قليلة جدًا، فهذا يعني أنه يمكننا أيضًا تحقيق استدامة أفضل على الأرض. ولتحقيق هذه الغاية، يعد تحسين مرونة الآلة لسيناريوهات مختلفة هدفًا نعمل بجد لتحقيقه.
وكما يقول المثل، “إن حل مشكلة الفضاء يحل مشكلة الأرض”. في البيئات التي تكون فيها المواد والموارد محدودة، تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد المعتمدة على الليزر إحدى التقنيات العديدة التي يمكن أن تدعم الحياة المستدامة. وينطبق هذا بالتساوي على بيئات خارج كوكب الأرض وعلى مناطق الأرض التي تعاني من آثار تغير المناخ.
من مقالات موقعك
مقالات ذات صلة حول الويب
