Až se lidé vrátí na povrch Měsíce, bude na ně čekat hodně práce. Proto se dá očekávat, že spíše budou po povrchu jezdit než chodit. Jenže otáčející se kola vozítek víří nepříjemný regolit a proto se inženýři už teď zabývají tím, jak by se daly na Měsíci postavit nějaké upravené cesty. Odborníci z Evropské kosmické agentury nyní v prestižním časopise Nature Scientific Reports vydali zprávu, která shrnuje jejich poznatky. Experti v rámci probíhající studie testovali možnosti výroby vhodných povrchů s využitím silného laseru, který tavil simulovaný lunární regolit.

S civilizací přichází cesty a bude to platit i na Měsíci, aby se minimalizovaly problémy s regolitem. Jeho zrnka jsou totiž mimořádně drobná, mají ostré hrany a jsou přilnavá. V programu Apollo docházelo k situacím, kdy regolit poškozoval skafandry a ucpával vybavení. V souvislosti s tématem dnešního článku je potřeba připomenout hlavně misi Apollo 17, při které lunární rover přišel o zadní blatník. Dopravní prostředek astronautů tak byl velmi rychle pokrytý takovým množstvím regolitu, až hrozilo přehřívání jeho systémů. Improvizované řešení přišlo díky chytrému využití dostupných materiálů. Ale s regolitem měli nepříjemnosti také sovětští inženýři – jejich Lunochod 2 trpěl přehříváním, když se jeho radiátor pokryl prachem.

O regolitu by nám mohla vyprávět i sonda Surveyor-3, která byla doslova opískována regolitem, který do svého okolí vyvrhl lunární lander mise Apollo 12 přistávající jen zhruba 180 metrů daleko. Aktuální modely NASA naznačují, že při dosednutí landerů mohou spaliny z jejich motorů rozpohybovat tuny regolitu, který může ulpět na povrchu landerů, ale také pokrýt celé okolí místa přistání. Nejpraktičtějším řešením, jak udržet regolit na uzdě, je zpevnit na povrchu Měsíce místa se zvýšenou aktivitou jako jsou přistávací plochy, nebo cesty. Myšlenka tavení písku k vytváření cest byla poprvé představena v roce 1933 a měla být aplikována na Zemi.

Projekt PAVER od agentury ESA měl zhodnotit realizovatelnost metody sintrování regolitu k vytváření velkých ploch pro budování cest na Měsíci. V čele projektu stál německý institut BAM pro materiálový výzkum a zkoušky společně s univerzitou v německém Aalenu, rakouskou firmou LIQUIFER Systems Group a německou Technologickou univerzitou v Clausthalu s podporou Institutu materiálové fyziky v kosmickém prostoru, který spadá pod německou letecko-kosmické centrum DLR. Konsorcium projektu PAVER vytvořilo 12 kW laser na bázi oxidu uhličitého, který měl tavit simulovaný měsíční prach a vytvářet pevný povrch připomínající sklo. Právě tato metoda by se jednou mohla využít pro výrobu pevných povrchů na Měsíci.

Advenit Makaya, materiálový inženýr agentury ESA vysvětluje, že projekt je v zásadě návratem k původnímu konceptu z roku 1933: „V praxi bychom na Měsíc laser na bázi oxidu uhličitého nevozili. Místo toho tento současný laser slouží jako zdroj pro naše experimenty, aby nahradil sluneční světlo, které by mohlo být na Měsíci soustředěno pomocí Fresnelovy čočky o průměru několika metrů, což by na povrchu Měsíce vytvořilo ekvivalentní tavení. Při dřívějších projektech využívajících místní zdroje (včetně tvorby cihel s využitím zrcadel koncentrujících sluneční svit) jsme pozorovali, že povrchové tavení je omezené na relativně malá místa od několika milimetrů do několika centimetrů v průměru. Pro stavbu silnic nebo přistávacích ploch je však potřeba mnohem širší ohnisko, aby bylo možné  v rozumném časovém horizontu pokrýt velmi rozsáhlou oblast.“

Při zkouškách na Technické univerzitě v Clausthalu se podařilo dosáhnout průměru svazku 5 – 10 centimetrů. Výzkumníci metodou pokusu a omylu dospěli ke strategii, kdy používali svazek laseru o průměru 4,5 cm k vytvoření trojúhelníkových geometrických tvarů s rozměry okolo 20 cm a dutým středem. Tyto tvary na sebe mohou navazovat, čímž vytvoří pevný povrch na velké ploše – ať už by šlo o lunární cesty nebo přistávací plochy. „Ukázalo se, že je lepší pracovat s větším svazkem, protože ohřívání v milimetrovém měřítku vytváří roztavené kapičky, které se složitě sdružují dohromady. Větší svazek vytváří stabilní vrstvu roztaveného regolitu, která se snadněji řídí. Výsledný materiál je podobný sklu a je křehký. V praxi však má být vystaven především kompresnímu zatížení. A když se vrstva poškodí, můžeme ji stále používat, případně ji opravit, pokud to bude potřeba.“

Tým zjistil, že opětovné ohřátí zchladlé vrstvy může způsobit její popraskání, takže se zaměřili na tvary, které obsahují minimální množství přechodů. Jedna roztavená vrstva má hloubku zhruba 1,8 cm, přičemž jednotlivé struktury mohou být složeny z několika vrstev podle požadované zátěži, kterou budou muset unést. Jens Günster, šéf divize výrobních multimateriálových procesů v BAM vysvětluje: „Taková hloubka taveniny pro vytvoření masivních struktur může být dosažena pouze velkými laserovými svazky.“ Experti odhadují, že by výroba přistávací plochy s rozměry 100 metrů čtverečních o tloušťce 2 cm mohla být vytvořena za 115 dní.

Tento projekt vznikl na základě výzvy k předkládání nápadů, kterou prostřednictvím platformy pro inovace v otevřeném vesmíru (Open Space Innovation Platform, OSIP) vyhlásila sekce Discovery v rámci základních činností ESA. Výzva hledala návrhy k výzkumu zaměřené na výrobní a stavební procesy mimo zemský povrch. Na výzvu reagovalo nejméně 69 předkladatelů, přičemž celkem 23 návrhů bylo implementováno, o čemž rozhodlo zhodnocení panelu expertů agentury ESA, kteří známkovali návrhy podle jejich inovativnosti. „Tato výzva byla efektivní investicí do našeho úhlu pohledu,“ hodnotí Advenit a dodává: „Otevřelo se díky ní hned několik nadějných cest pro navazující výzkum.“

Přeloženo z:
https://www.esa.int/

Zdroje obrázků:
https://www.esa.int/…/25135656-1-eng-GB/Paved_surfaces_around_a_Moon_base.jpg
https://www.esa.int/…/25135701-1-eng-GB/Apollo_17_s_lunar_rover.jpg
https://www.esa.int/…/19492227-1-eng-GB/Apollo_12_astronaut_on_the_Moon.jpg
https://www.esa.int/…/25135746-1-eng-GB/Laser_used_to_melt_moondust.jpg
https://www.esa.int/…/25135791-1-eng-GB/Melting_a_triangular_pattern_in_regolith.jpg
https://www.esa.int/…/Interlocking_shapes_to_make_paved_surfaces.jpg
https://www.esa.int/…/A_single_melt_layer_is_about_1.8_cm_deep.jpg