Исследователи из Института наукоемких технологий и передовых материалов Дальневосточного федерального университета разработали технологию создания строительных материалов для будущих лунных баз, способных эффективно защищать космонавтов от космической радиации. Результаты работы опубликованы в журнале «Научная Россия», а сама технология в настоящее время проходит испытания на исследовательском реакторе в Томске.
Космическая радиация — один из главных вызовов для длительных миссий на Луне, и ее воздействие требует разработки новых материалов, способных обеспечить надежную защиту как для людей, так и для техники.
Российские ученые откликнулись на этот вызов, предложив в качестве строительного материала для лунных баз использовать местный лунный грунт — реголит. Поскольку доступ к реальному реголиту ограничен, для лабораторных экспериментов применялись не только имеющиеся образцы, но и близкие к нему по химическому и минеральному составу вулканические породы Камчатки и Приморского края. К реголиту добавлялись соединения бора — карбид (B₄C), нитрид (BN) и гексаборид лантана (LaB₆). Каждый из них обладает особыми защитными свойствами: B₄C эффективно поглощает нейтроны и обладает высокой твердостью, BN устойчив к химическим воздействиям и хорошо изолирует тепло, а LaB₆ отличается высокой термостойкостью и прочностью.
Затем из полученной смеси с использованием метода искрового плазменного спекания (Spark Plasma Sintering, SPS) были изготовлены прочные керамические материалы. Ведущий автор исследования, кандидат химических наук Олег Шичалин сравнивает этот процесс с работой «мгновенной печи будущего»: порошкообразную смесь реголита и борсодержащих добавок помещают в форму, через которую под давлением пропускают мощные короткие импульсы электрического тока. Возникающие между частицами электрические разряды формируют микромолнии, которые за считанные минуты нагревают материал до температуры 1000–2000 °C. Одновременно пресс сжимает массу, обеспечивая плотное спекание и формирование практически бездефектной керамической плиты. Среди ключевых преимуществ метода — высокая скорость (всего 5–15 минут на цикл вместо нескольких часов в традиционных печах), энергоэффективность (нагревается непосредственно материал, а не весь объем оборудования) и высокое качество конечного продукта, свободного от пор и трещин.
В настоящее время полученные материалы проходят испытания на исследовательском реакторе ИРТ-1 в Томске, где в лабораторных условиях моделируются воздействия, максимально приближенные к лунной среде, в том числе солнечная и галактическая радиации. Вместе с тем, по мнению исследователей, в перспективе новую технологию «запекания» строительных материалов необходимо будет опробовать непосредственно на поверхности Луны. Использование реголита как доступного местного ресурса позволит существенно сократить затраты на доставку материалов с Земли. Кроме того, возможность производить строительные элементы на месте повысит автономность лунных баз и безопасность длительных космических миссий.
Исследователи подчеркивают, что Россия располагает необходимыми технологическими ресурсами для реализации подобных проектов. В частности, в стране ведутся разработки тяжелых ракет-носителей, таких как «Ангара-А5В», способной доставлять до 37 тонн полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту, и сверхтяжелого носителя «Енисей» с расчетной грузоподъемностью около 100 тонн. Эти ракеты смогут транспортировать на Луну оборудование для искрового плазменного спекания и строительные модули. Кроме того, в распоряжении России имеются компактные атомные энергоустановки, такие как термоэмиссионная система «Топаз», которая может использоваться в качестве надежного источника энергии для подобных технологий в условиях лунной базы.
