هموار کردن راه برای اقامت در ماه
بشر در دهه‌های گذشته رویای بلندپروازانه سفر به ماه را تحقق بخشید. 12 فضانورد ماموریت‌های آپولو قدم بر سطح ماه گذاشتند و ده‌ها ماموریت رباتیک تا کنون در ماه انجام شده‌است. اما با آغاز عصر جدید فضایی بلندپروازی‌های بشر از این هم فراتر رفته و اهداف جاه‌طلبانه‌ای را دنبال می‌کند: ماندن و اقامت طولانی مدت در ماه و سفر به فراتر از آن. تحقق چنین برنامه‌ای نیازمند بازنگری در شیوه‌ها و توسعه پایدار فناوری‌های فضایی است و پروژه‌های بسیاری در این زمینه در حال توسعه‌اند.
پیور (Paver) یکی از پروژه‌هایی است که با استفاده از فناوری‌های چاپ سه‌بعدی در نظر دارد برای اقامت در ماه راه را هموار کند. در جریان هفته علم برلین 2022 لینا مِیِر، مهندس تولید و علم مواد عضو تیم تحقیقاتی پروژه پیور از موسسه BAM در یک رویداد آنلاین به نام “چگونه در ماه کاوش، کار و حتی زندگی خواهیم کرد؟” به ارائه این پروژه و اهداف آن پرداخت.
اگر به عکس معروف یوجین سرنان، فضانورد ماموریت آپولو 17، پس از راه‌پیمایی در ماه نگاهی بیندازیم، می‌بینیم که نه تنها لباس‌ها فضانوردی او، بلکه صورت، پیراهن و هرآنچه که با لباس‌هایش در تماس بوده گرد و خاکی شده است. به گفته سرنان غبار ماه یکی از مهمترین عوامل بازدارنده در ماموریتشان بوده است. سطح ماه تقریبا به طور کامل از سنگ‌پوشه یا رگولیت پوشانده شده است و این مواد که بیشتر شامل گرد و غبار و سنگ‌ریزه است، چالش‌های بسیاری را برای ماموریت‌ها ماه به وجود می‌آورد.
برای اقامت طولانی مدت و دائمی انسان در ماه باید راه حلی برای مشکل گرد و غبار سطح ماه پیدا کنیم. در واقع برای توسعه پایدار احداث پایگاه‌های روی ماه نیازمند ایجاد زیرساخت‌هایی هستیم که از ایجاد گرد و غبار جلوگیری کند. هدف اصلی پروژه پیور همین است و مِیِر درباره این موضوع گفت: “حتی اگر بخواهیم در ماموریتی به مدت کمتر از دو هفته در ماه تحقیق کنیم، باید از قبل فرایندهایی کاملا خودکار، زیرساخت‌هایی مانند سکوهای فرود برای وسایل نقلیه و جاده‌های اصلی را فراهم کنند و این باید خیلی زود انجام شود. در قدم‌های بعدی برای حضور در ماه، هدف فقط بودن در ماه نیست بلکه ما می‌خواهیم در ماه کار، تحقیق و زندگی کنیم.”
زمانی که به کار و زندگی در ماه فکر می‌کنیم، استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی یک فرصت بسیار خوب برای پردازش مواد است، زیرا می تواند یک فرآیند مستقل و بدون نیاز به تعامل انسانی زیاد باشد. ما می‌توانیم مدل‌هایی مبتنی بر رایانه ایجاد کنیم که آن‌ها را از زمین به ماه ارسال می‌کنیم و فقط چاپگرها کار را برای ما انجام می‌دهند. علاوه بر این، برای توسعه پایدار این فناوری نیازمند آن هستیم که مواد اولیه و انرژی لازم را همانجا روی ماه تامین کنیم. بنابراین پروژه پیور به دنبال آن است که با استفاده از چاپ سه‌بعدی، مواد سطح ماه و انرژی خورشید به هموارسازی راه‌ها روی ماه بپردازد.
پروژه پیور در اقدامی مبتکرانه در نظر دارد تا با استفاده از خود گرد و غبار موجود در سطح ماه مشکل گرد و غبار را حل کند. این پروژه قصد دارد تا با فناوری تف‌جوشی و ذوب لیزری از غبار سطح ماه قطعاتی را بسازد که با استفاده از آن‌ها جاده‌ها و سکوهای فرود روی ماه سنگ‌فرش شوند. تف‌جوشی و ذوب لیزری اصطلاحاتی هستند که عموماً به چاپگرهای سه‌بعدی‌ای اطلاق می‌شوند که با پودر ماده اولیه و لیزر کار می‌کنند. از آنجایی که ماموریت‌های آینده برای اقامت در ماه متمرکز بر سطح آفتابگیر ماه است، این پروژه نیز به دنبال استفاده از نور متمرکز شده خورشید به عنوان لیزر است. مِیِر گفت: “در دراز مدت، این امر باید نیاز حمل و نقل مواد از زمین را کاهش دهد. بنابراین، ما می‌خواهیم از پودر یا غبار ماه و انرژی خورشید استفاده کنیم. در واقع می توانیم ذوب غبار ماه را تنها با استفاده از منابع موجود در ماه انجام دهیم و این بهره‌برداری منبع درجا نامیده می‌شود.”
بیشتر بخوانید: آرتمیس ۳؛ نخستین مأموریت انسانی ناسا به قطب جنوب ماه
زندگی و کار در اعماق فضا برای مدت زمان طولانی، دسترسی فضانوردان به منابع زمینی را بسیار محدود می‌کند و هرچه انسان در اعماق فضا دورتر برود، تولید محصولات با استفاده از مواد محلی یا همان بهره‌برداری منبع درجا مهم‌تر خواهد بود. در پروژه پیور با استفاده از ربات‌ها و ماه‌نوردهایی برای جابه‌جایی مواد، تولید قطعات در سطح ماه انجام خواهد شد. در این فرایند یک ربات پودر یا همان رگولیت سطح ماه را به صورت لایه لایه انباشت می‌کند و سپس بر اساس مدل کامپیوتری سه‌بعدی، تابش لیزری قدرتمند با ذوب کردن پودر، قطعات را ایجاد می‌کند. البته در ماموریت اصلی، لیزر قدرتمندی به سطح ماه منتقل نخواهد شد و نور متمرکز خورشید نقش لیزر را ایفا خواهد کرد.
این فرایندی بسیار داغ است و در آن دمای مواد به 900 تا 1000 درجه سانتیگراد می‌رسد. مِیِر گفت: “در ابتدا ما پارامترهای کاملی از قدرت مورد نیاز برای لیزر نداشتیم و نتیجه‌ای که به دست آمد، قطعه‌ای پر از حباب و ترک بود. ماده‌ای که با آن سر و کار داریم خواصی بسیار شبیه به شیشه دارد و همچنین حاوی مقداری فلز است. بنابراین ما پارامترهای مختلف را با لیزر خود بررسی کردیم تا به قطعاتی یکنواخت و بدون ترک دست پیدا کنیم.”
مِیِر و همکارانش با بررسی مسیر لیزر، همپوشانی‌ها و فرایند سرد شدن مواد، در نهایت موفق به ساخت قطعات با استحکام لازم شدند. این پروژه از سال 2021 آغاز شده‌است و تا پایان سال میلادی جاری ادامه خواهد داشت. مِیِر در پاسخ به این سوال که آیا قطعات استحکام کافی برای تحمل وزن سازه‌های فضایی و و سایل نقلیه روی ماه را خواهند داشت، گفت: “قطعاتی که در حال حاضر موفق به تولید آن‌ها شده‌ایم ضخامتی حدود 2 سانتیمتر دارند و اگر بتوانیم فرایند چاپ را به صورت چندلایه در ماه انجام دهیم به استحکام کافی دست خواهیم یافت.”
ماموریت پیور در قدم‌های پایانی خود در آزمایشگاه‌های زمینی قرار دارد. مِیِر گفت: “ما درآزمایشگاه تمام شرایطی که در زمین قابل انجام هستند را شبیه‌سازی می‌کنیم؛ مثلا از موادی بسیار شبیه به غبار ماه استفاده می‌کنیم یا می‌توانیم تابش لیزر را در شرایط خلا انجام دهیم. اما برای داشتن شرایط دیگر همچون جاذبه ماه، نیازمند انتقال ابزارها به ماه و آزمایش در شرایط واقعی هستیم.”
پیور یک تکنولوژی آزمایشی است که امکان‌پذیری فناوری چاپ سه‌بعدی با استفاده از منابع موجود در ماه را بررسی خواهد کرد. برای اجرایی شدن این آزمایش به یک بازوی رباتیک روی سطح‌نشین و یا یک ماه‌نورد احتیاج است که در حال حاضر در بسیاری از ماموریت‌ها عملیاتی هستند. مِیِر گفت: “علاوه بر این به یک متمرکز کننده خورشیدی نیاز داریم که در نهایت با انرژی خورشید کار کند و بله، این قطعاً با بودجه انبوه و همکاری امکان‌پذیر خواهد بود.”
تیم این پروژه در حال مذاکره با چندین ماموریت در حال توسعه همچون کاوشگر EL3 سازمان فضایی اروپا و استارشیپ ماموریت آرتمیس ناسا است تا در ماموریت‌های آینده تجهیزات پیور را به ماه منتقل کنند. مِیِر گفت: “ما می‌خواهیم نشان دهیم که آنچه در این پروژه انجام داده‌ایم می‌تواند در محیط ماه نیز کار کند تا بتوانیم غبار ماه را ذوب و تف‌جوشی کنیم تا قطعاتی با خواصی تولید کنیم که برای جاده‌ها و سکوهای فرود مورد نیاز است. ما خودمان نمی‌توانیم به تنهایی تمام این کار را انجام دهیم. به همین دلیل است که ما به آژانس دولتی یا فرودگرهای تجاری نگاه می‌کنیم و گزینه‌های مختلفی برای این پروژه برای کار در ماه وجود دارد.”
نگاه پایدار این پروژه به فناوری‌ها و مواد لازم برای اقامت در ماه آینده درخشانی را برای آن متصور می‌کند. توجه ویژه سازمان‌های دولتی و خصوصی به ماموریت‌های ماه در سال‌های اخیر نشان دهنده حضور پررنگ بشر و دست‌ساخته‌هایش در آینده‌ای نزدیک در ماه است و این امر به طور بالقوه پشتیبانی از یک ماموریت آزمایشی سنگ‌فرش در ماه را نوید می‌دهد. پیور آزمایش خود را در زمین انجام داده‌است و اکنون باید دید که چگونه راه را برای ما در ماه هموار خواهد کرد.
نویسنده: امیرعلی مومنی
