有人月面着陸の究極の秘密：月の塵を使った3Dプリント

出典：中関村オンライン

1969年のアポロ11号の月面着陸ミッションはわずか8日間続きました。月や火星、あるいはそれ以上の場所に恒久的な基地を建設したい場合、将来の宇宙飛行士は地球から離れた宇宙でさらに多くの日、月、あるいは年を過ごさなければならないでしょう。そこで疑問となるのが、宇宙で長期にわたる生存と生活を維持するにはどうすればよいかということです。地球から資材や物資を打ち上げるのは費用がかかりすぎる上に持続不可能なので、最善のアプローチはやはり現地で調達することです。

これまでの研究は、家や道路などの基本的な生活施設を建設するための原材料を月面でどのように入手するかに焦点が当てられてきました。現在、3D プリント技術の成熟度が高まったことにより、科学研究者たちはさらに研究を進めることができるようになりました。新たな研究は、月面のさまざまな施設の部品や交換部品を 3D プリントすることに焦点が当てられています。原材料は、月面のいたるところにある月の塵に他なりません。

月の塵を使って生活施設の部品を3Dプリント

△月面での3Dプリント

△模式図：月の塵から3Dプリントされた物体

3D プリンティングは、付加製造技術としても知られ、NASA が国際宇宙ステーション (ISS) に宇宙環境試験用の 3D プリンターを打ち上げるなど、長年にわたり航空宇宙科学研究プロジェクトで頻繁に使用されてきました。 3Dプリントに使われる原材料は多種多様です。プラスチック、金属、セラミックなどに加え、粘土もそのひとつです。さらに、3D プリントは高度に自動化されており、労力を節約し、リモート制御をサポートします。理論的には、宇宙飛行士が月面に到着する前に3Dプリンターを打ち上げ、インフラやツールを製造し、宇宙飛行士が月面着陸に成功したらすぐに月面の施設を使用して作業を開始することは完全に可能です。

月の塵を使った工具部品の直接3Dプリント

もちろん、大きな課題もあります。 3D プリントは主に地球上での使用を目的として開発されており、その原理は地表環境に密接に関連する重力と温度に依存しています。しかし、月や火星のより複雑な環境では、すべてがまだ不明です。

△ 月の塵の3Dプリント技術の模式図

月の表面は、何百万年もかけて月面に隕石が衝突して形成された、ゆるい粉状の物質であるレゴリスで覆われています。数ミリメートル未満の小さな粒子で構成された月の土壌と考えることができます。この種の土は、3D プリント用の優れた天然原料です。接着剤と触媒の助けを借りて、幅広い用途の部品や設備をプリントすることができます。

月のレゴリス

英国ラフバラー大学の付加製造研究グループ（AMRGグループ）のThanos Goulas博士が、「月の塵を使った3Dプリント」と題した論文を発表しました。チームのメンバーは、月の表土を使ってさまざまな工学部品を印刷する方法を研究してきた。

サノス・グーラス博士が「月の塵を使った 3D プリント」という論文を発表
詳細な計画は、レーザーを使用して微量のエネルギーを熱に変換し、それを使ってレゴリスの粒子を溶かして融合させ、薄くて強い物質のスライスにすることである。この工程を複数回繰り返し、層を順番に積み重ねていくことで、立体的な物体を構築することができます。各層の厚さは 1 mm 以下であるため、1 ミクロン (0.001 mm) 未満の細孔を必要とすることが多い、塵や水のろ過装置などの小型で精密に設計されたツールの製造に適しています。重要な部品が損傷したり摩耗したりしても、3D プリントによって月面で直接部品を製造できるため、地球から月への宇宙打ち上げの頻度と重量が大幅に削減されます。

Thanos Goulas 博士は積層造形を専門としています。現在の研究は材料の分野に進んでおり、材料と 3D 印刷プロセスとの相互作用をより深く理解し、条件を克服するための新しい技術的ソリューションを設計する必要があります。次のステップは、実際の月のレゴリスを使って 3D プリントをテストすることです。地球上に存在するサンプルは非常に限られていますが、人類が月探査の新たな時代に入ると、月面の3Dプリント技術を開発する科学研究分野に十分な月の塵のサンプルがすぐに見つかるかもしれません。

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