De nouvelles recherches examinent diverses techniques de construction de régolithes lunaires, mettant en évidence la catégorisation et l'évaluation de ces méthodes pour optimiser l'efficacité de la construction lunaire. Il détaille un plan stratégique pour développer l’infrastructure lunaire en quatre étapes, des laboratoires aux habitats autonomes.
Les scientifiques ont procédé à une évaluation quantitative des techniques de solidification et de formation du régolithe lunaire.
Alors que les missions lunaires passent de l’exploration à la construction et à l’utilisation de structures, construire sur la Lune en utilisant des matériaux locaux devient essentiel. L'accent est mis sur la solidification et le façonnage du sol lunaire afin de tirer le meilleur parti des ressources locales et de réduire les coûts de transport et de maintenance. À ce jour, près de 20 méthodes différentes ont été développées pour fabriquer des matériaux de construction à partir du régolithe lunaire, chacune ayant des besoins et des caractéristiques uniques.
Le professeur Feng de l'Université Tsinghua a mené un examen complet, une classification précise et une évaluation quantitative des techniques de solidification et de formation du régolithe, mettant en lumière les principaux défis et les orientations de développement futures.
Sur la base des mécanismes techniques de liaison et de cohésion entre les particules, les technologies de solidification et de formation des régolithes peuvent être classées en quatre groupes : méthodes de solidification par réaction (RS), de frittage/fusion (SM), de solidification par liaison (BS) et de formation par confinement (CF). . Les techniques spécifiques sont ensuite classées en fonction des exigences de mise en œuvre, établissant ainsi un système de composition technologique robuste. Cette recherche décrit quantitativement chaque technique, résumant les processus et les paramètres de performance.
Lors de la solidification par réaction, les particules de régolithe sont liées entre elles par des composés ayant réagi. Cette méthode repose sur des matériaux de réaction transportés par des fusées, le régolithe local représentant généralement 60 à 95 % du mélange global. Le frittage/fusion consiste à soumettre le régolithe à un traitement à haute température, avec des ratios in situ atteignant généralement 100 %. Cependant, des températures de chauffage supérieures à 1 000 ℃ peuvent poser des problèmes en termes d’approvisionnement en énergie et de fonctionnement des équipements. Alternativement, la solidification par liaison utilise des liants pour faire adhérer les particules, avec un rapport in situ de 65 à 95 %.
Sur la base des mécanismes techniques de liaison et de cohésion entre les particules, les technologies de solidification et de formation des régolithes peuvent être classées en quatre groupes : méthodes de solidification par réaction (RS), de frittage/fusion (SM), de solidification par liaison (BS) et de formation par confinement (CF). . Crédit : Charun Bao
Cette méthode nécessite des températures plus basses et moins de temps de solidification. La formation de confinement utilise un tissu pour contraindre le régolithe, formant ainsi des composants de sac de régolithe grâce au confinement global sans établir de connexions entre les particules. Avec un rapport in situ allant jusqu'à 99 %, cette méthode nécessite des exigences de température et de temps relativement faibles, tandis que les composants formés présentent un avantage en traction mais peuvent manquer de résistance à la compression suffisante.
Évaluation et application des techniques
À la recherche de matériaux rentables et performants pour la construction lunaire, les chercheurs sont confrontés au défi de minimiser la consommation de ressources, les besoins énergétiques et la complexité opérationnelle tout en garantissant la fiabilité dans l'environnement lunaire. Pour résoudre ce problème, l'équipe de recherche introduit la méthode de quantification 8IMEM, englobant huit indicateurs d'évaluation et seuils de notation adaptés aux besoins de construction.
Selon les résultats de l’évaluation, l’ensachage du régolithe apparaît comme la technique la mieux notée, exigeant moins de matériaux, d’équipement et d’énergie et permettant la formation rapide de composants de grande taille. Il offre des perspectives prometteuses pour la construction lunaire in situ à grande échelle. Les techniques de frittage/fusion occupent toujours une place élevée, tandis que les techniques de coulée présentent une résistance de durcissement exceptionnelle, ce qui les rend adaptées à la fabrication de composants critiques. Les techniques de fusion solaire exploitent directement l’énergie solaire, ce qui les rend idéales pour la construction à faible consommation d’énergie.
Pour s'aligner sur les conditions de construction lunaire et les objectifs à long terme des stations internationales de recherche lunaire, un plan complet en quatre étapes a été conçu : laboratoire, station de recherche, résidence et habitat. Chaque étape a des fonctions spécifiques et des objectifs de construction distincts, garantissant un développement progressif et durable des infrastructures lunaires. L'étage Laboratoire soutient principalement des projets de recherche sans pilote, tandis que l'étage Station de recherche accueille les astronautes pour des missions de recherche scientifique temporaires. L'étage Résidence est conçu pour répondre à toutes les exigences de travail et de vie des astronautes sur la Lune, ressemblant à une station spatiale en termes de fonctionnalité.
Enfin, l’étape Habitat est envisagée comme un habitat autonome pour la vie humaine et une station relais pour l’exploration de l’espace lointain. Pour atteindre les objectifs de construction de chaque étape, l’équipe de recherche a analysé plus en détail les objectifs de construction structurelle. Sur la base d'évaluations quantitatives, ils ont proposé la technologie des sacs régolithes comme solution pour la construction de bases lunaires.
En tirant parti des informations dérivées de cette évaluation complète, les chercheurs peuvent prendre des décisions éclairées sur les techniques de préparation des matériaux, ouvrant ainsi la voie à des efforts de construction lunaire optimisés. De plus, la conception proposée de l'habitat lunaire basée sur des sacs de régolithes constitue une référence pratique pour les recherches futures.
