松山湖材料研究所が月面土壌の物理的性質の研究と月面土壌の3Dプリントを開始

出典：南方日報

松山湖材料研究所は、このバッチで約0.85グラムの月の土壌サンプルを受け取りました。写真は松山湖材料研究所提供

嫦娥が月へ飛ぶというロマンチックな伝説から、月を見上げるときの家族や祖国への思い、空の月に手を伸ばすという崇高な野望まで、月は伝統的な中国文化において常に独特の意味を持っています。 2020年12月、嫦娥5号探査機は月サンプルの採取と帰還ミッションを無事に完了し、中国国民は月と「ゼロ距離」で接触することが可能となった。数えきれないほどの航空宇宙関係者の努力と知恵が凝縮された貴重な月の土壌サンプルを、どのような分野でどのように活用すればその価値を最大限に引き出せるのかは、常に懸案事項となってきました。

広東省で最初に建設された省立実験室の一つである東莞市松山湖材料実験室は、最近、約0.85グラムの月の土の最初のバッチを受け取りました。今後、一連の科学研究を実施し、月と地球の理解、月の現地資源の開発と利用、そして長期的な有人地球外生存の段階的な実現に重要な科学的根拠を提供します。

有人月面着陸に向けた技術検証とサポートの提供

今年7月12日、国家宇宙局月探査・宇宙工学センターは北京で第一陣の月科学研究サンプル配布式典を開催した。計13ユニットが17.4764グラムの月土壌サンプルを受け取り、嫦娥5号の第一陣の月土壌サンプルに関する科学研究作業が正式に開始された。このうち、中国科学院松山湖材料実験室所長、極限物理重点実験室所長の王維華院士が中国宇宙科学院を代表して月サンプル使用証明書を受け取り、合計約8グラムのサンプルが採取された。重要な協力単位として、松山湖材料研究室がこの研究の重要な任務を担いました。最近、研究チームは最初のバッチである0.85グラムの月の土壌サンプルに基づいて、月の土壌の物理的特性と総合的な利用に関する一連の研究を実施しています。

「松山湖材料実験室は、先進的な材料構造と組成の試験プラットフォームを備えており、材料科学分野のベテラン専門家や優秀な若手科学者を含む一流の人材を擁しています。実験室のプラットフォームと能力は、月の土壌の微細構造と安定性のメカニズムを研究するために使用できます。同時に、月の土壌の物理的および化学的性質を「ナノ分子原子」スケールで研究し、中性子散乱、シンクロトロン放射などの技術を使用して、月の土壌の主成分の電子微細構造を研究することもできます」と王維華氏は述べた。

2019年末、松山湖材料研究所は銭学森研究所と共同で宇宙材料科学および応用研究センターを設立し、関連するさまざまなテーマの研究を行っています。現在、宇宙材料チームは関連分野で成熟した技術蓄積を有しており、これは月面土壌研究の方向性とより一致しています。

研究チームは今後1年間、材料の観点から月の地質と環境の歴史と進化を研究し、月の土壌の物理的性質の研究に基づいて、月の水氷資源の収集と利用、酸素調製、金属精製、地球外人工光合成技術、月の土壌3Dプリントに関する一連の技術研究を実施し、我が国の有人月面着陸と月面科学研究ステーションの建設に技術的な検証とサポートを提供します。

月の土壌研究を通じて地球をより深く理解する

「私たちは地球に住んでいて、ほとんどの時間、月を見ることができます。月は私たちからとても遠くに見えますが、科学研究の観点から見ると、地球と同じ重要性を持っています。地球と月は、太陽系全体で最も近く、最も最近に誕生した隣人なのです」と、材料研究所の宇宙材料チーム長である張波研究員は語った。

地球はどのようにして形成されたのでしょうか?地球に何が起こったのでしょうか?なぜ地球は今このような環境になっているのでしょうか？張波氏は、地球の形成過程は月と関係があり、月の土壌研究から得られる手がかりは人々が地球をより深く理解するのに役立つだろうと述べた。

最近、張波氏は宇宙材料チームを率いてこの貴重な0.85グラムの月の土壌の研究を行い、光学顕微鏡、CTスキャンなどの検査方法を通じて、構造、形態などの面で月の土壌の謎をさらに解明しようとしました。

「アポロが得た月の土壌の研究結果から、月の土壌には地球と同じ10種類以上の酸化物が含まれているが、その形成履歴は異なることがわかります。地球上で100億年以上存在することと、月上で100億年以上存在することはまったく異なる条件であり、その形成結果も異なります。これは非常に興味深いことです。」張波氏は、風化、衝撃、腐食などにより、地球の土壌と月の土壌の形状と構造は変化すると述べた。過去に米国やソ連が採取した月のサンプルは、32億年前から46億年前に形成されたと分かっており、人類はそれを分析することで、約46億年の月の進化の歴史を解明した。今回、嫦娥5号が着陸地点として選んだのは、米国やソ連とは異なり、およそ10億年から20億年前に形成された、月面でも比較的新しい地域だ。

張波氏は、今回の中国の研究は比較的若い月の土壌サンプルに関するもので、科学界が過去に提唱した仮説を検証できるだけでなく、月の形成年齢の計算など既存のモデルを改善することもできると述べた。同時に、将来の科学者はこれらの生データを活用して、さまざまな側面から月を分析し、歴史を解釈し続けることができます。

月面着陸の技術的基盤確保のため、月面土壌の3Dプリントに関する研究

「地球から月へ資源を輸送するのは非常に費用がかかるため、将来的に月で研究や建設を行うには、月にある現地の材料を使う必要がある。3Dプリントは潜在的に良い方法だ」と張波氏は指摘し、チームは現在この計画に沿って研究を行っており、将来的には月にも地球と同様の環境と施設を建設したいとしている。

現在、松山湖材料研究所は、月の土壌の溶融・固化挙動の研究や、月の土壌3Dプリントなどの現地資源利用技術の開発に取り組んでいます。月の土壌の組成や粒度の分布などの物質特性を研究し、月面土壌の 3D プリントなどの現地資源利用技術を開発することで、将来の月面での人類の居住のための技術的基盤を構築することができます。この実験は、月の土壌をその組成と粒子サイズに応じて模擬月の土壌に加工し、将来の月面居住地建設用のレンガの印刷の検証を提供することを目的とします。この目的のため、松山湖材料研究室は、関連付属品を独自に開発・購入し、模擬月の土壌を原料として使用できる3Dプリンターの製造も計画している。

「宇宙環境は地球の環境とは全く異なります。月は無重力、無酸素、無水、放射線といった特殊な環境に直面する可能性があります。開発された材料の性能は、研究過程でチームが注力する必要がある側面です。」張波氏は、これらは3Dプリンター機器を開発する際にチームが克服しなければならない基本的な障害でもあり、関連するパラメータ計画を再構築する必要があると述べた。「東莞と深センは3Dプリンティングの分野で強力な能力を持っています。これらの関連産業の改善と革新は私たちの研究に役立ち、印刷設計ソリューションの最適化に役立ちます」と張波氏は語った。現在、広東省・香港・マカオ大湾区のいくつかの企業が月面土壌3Dプリント技術の開発と設備設計に参加しており、実験室開発設備に必要な部品や機器はこれらの企業から購入される予定だ。張波氏は、粤港澳大湾区にはこの研究分野に特化した実験室はないが、比較的包括的で強力な科学技術革新能力があると述べた。この研究が進むにつれて、地域の産業とうまく融合していくだろう。

張波氏は、この研究により、嫦娥5号のガラスサンプルの物理的相成分の含有量を正確に測定することで、月の土壌の融解と凝固の法則、レオロジーと動的挙動の特性、3Dプリントの性能とプロセスソリューションが明らかになると期待していると述べた。

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