Resumen:
Un equipo de investigación de la Universidad de Arkansas en Estados Unidos demostró recientemente un importante avance tecnológico para el futuro asentamiento lunar. Los investigadores han utilizado con éxito suelo lunar simulado para crear directamente módulos de construcción similares a bloques de construcción que se pueden unir sin agregar aglutinantes u otros materiales adicionales. Esto significa que, al construir bases en la Luna en el futuro, los astronautas podrán hacer un uso extensivo de los recursos locales y reducir la necesidad de transportar materiales de construcción desde la Tierra.
Los investigadores comparan la idea con la construcción de modelos gigantes de Lego. La diferencia es que los materiales de construcción ya no son bloques de plástico, sino módulos entrelazados hechos de suelo lunar que se extiende por la superficie lunar. Estos módulos se pueden unir y combinar en estructuras más grandes, brindando nuevas posibilidades para la construcción de bases lunares permanentes en el futuro.
Esta investigación utilizó un material de suelo lunar simulado comercial llamado LHS-1, que fue desarrollado en base a las características de las muestras lunares traídas por la misión de aterrizaje lunar Apolo. A diferencia del suelo terrestre, el suelo lunar no contiene materia orgánica. En cambio, está compuesto de partículas afiladas formadas después de miles de millones de años de impacto de asteroides, micrometeoritos y diversos desechos espaciales contra la luna.
Los resultados de la investigación fueron publicados en la revista "NPJ Advanced Manufacturing". El primer autor del artículo es Cole McCallum, estudiante universitario de la Universidad de Arkansas, y el autor correspondiente es Wan Shou, profesor asistente de ingeniería mecánica.
Durante el experimento, el equipo utilizó una tecnología de impresión 3D llamada "fusión láser de lecho de polvo". El proceso comienza colocando una fina capa de polvo sobre una plataforma y luego utilizando una fuente de luz de alta energía para calentar áreas específicas, lo que hace que las partículas se unan entre sí mediante la sinterización. Luego se baja la plataforma, se coloca una nueva capa de polvo y se repite el proceso hasta construir finalmente el objeto tridimensional capa por capa.
Los equipos de investigación ya habían logrado la impresión 3D de suelo lunar, pero normalmente requería la adición de aglutinantes adicionales para mejorar la resistencia estructural. Sin embargo, si estos materiales se utilizan para la construcción lunar en el futuro, aún será necesario transportarlos desde la Tierra, lo que aumentará el costo y la complejidad de la misión.
Esta vez, el equipo de la Universidad de Arkansas demostró por primera vez que el suelo lunar simulado se puede sinterizar directamente en módulos de construcción reconfigurables sin utilizar ningún aglutinante, basándose únicamente en una fuente de luz de potencia relativamente baja. Como explican los investigadores, las partículas del suelo lunar se autounen en lugar de depender de materiales externos para completar las conexiones.
El tamaño de los módulos producidos en el experimento es de unos varios centímetros y las formas incluyen estructuras en forma de cruz y en forma de "H". Estos módulos pueden unirse como bloques de Lego para formar un sistema de construcción más grande.
Sin embargo, los investigadores también señalaron que esta tecnología aún está lejos de ser utilizada realmente en la ingeniería lunar. Los resultados de las pruebas muestran que la porosidad interna de los módulos hechos de suelo lunar puro simulado es alta y la resistencia estructural es aún más débil que la de productos similares fabricados con aglutinantes.
McCallum dijo que la estructura actualmente fabricada ya es autoportante, pero en esta etapa no hay garantía de que pueda soportar cargas más altas, por lo que aún no es adecuada para uso directo como material de construcción de carga.
Además, el equipo necesita verificar más a fondo el rendimiento de esta tecnología en un entorno lunar real. Los investigadores señalaron que las condiciones de baja gravedad y vacío de la luna pueden tener un impacto en el proceso de impresión, por lo que se necesitan más experimentos para comprender la viabilidad de la tecnología en entornos reales de la superficie lunar. Al mismo tiempo, el equipo de investigación también planea mejorar las propiedades del material para aumentar su resistencia mecánica y durabilidad.
A pesar de esto, el profesor Shouwan sigue siendo optimista sobre el futuro de la tecnología. Él cree que se espera que este método de fabricación que no requiere materiales adicionales se convierta en una tecnología básica importante para la construcción de asentamientos a largo plazo en la Luna en el futuro, proporcionando soluciones eficientes para la producción de componentes de construcción e infraestructura en la Luna.
Para el primer autor McCallum, este estudio también se convirtió en un importante punto de partida para su carrera de investigación científica. Originario de Little Rock, Arkansas, EE. UU., se unió al laboratorio para participar en investigaciones científicas como estudiante universitario y sus profesores lo alentaron a realizar investigaciones en profundidad sobre la fabricación aditiva.
En mayo de este año, McCallum se graduó con una doble especialización en ingeniería mecánica y física y ganó la primera "Beca Lafayette". Este programa fue establecido para conmemorar el 250 aniversario de la fundación de los Estados Unidos. Sólo 30 estudiantes fueron seleccionados entre más de 3.400 solicitantes para estudiar un máster en Francia.
Actualmente estudia ingeniería aeroespacial en la Ecole Supérieure de l'Aerospace en Toulouse, Francia. Aunque la dirección de su investigación ha cambiado de la fabricación aditiva al campo aeroespacial, dijo que su experiencia al participar en el proyecto del módulo de construcción del suelo lunar lo ayudó a acumular experiencia en investigación científica por adelantado y también lo hizo estar más tranquilo al enfrentar fallas experimentales y desafíos de investigación.
El equipo de investigación cree que a medida que se mejoren aún más el proceso de fabricación y el rendimiento del material, se espera que la idea de utilizar recursos locales en la luna para producir directamente componentes de construcción pase del laboratorio a la realidad, allanando el camino para que los humanos establezcan una base lunar permanente en el futuro.
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