Wetenschappers willen de maan smelten om wegen te maken

Toekomstige astronauten zouden wegen, lanceerplatforms en andere infrastructuur op de maan kunnen bouwen door maanstof met gefocust, laser-achtig zonlicht te smelten om solide tegels te vervaardigen, aldus een nieuw onderzoek. 

Wetenschappers hebben deze techniek nu in het lab getest door namaak-maangrond, ook wel simulant genoemd, te zappen met een laser die is ontworpen om zonlicht na te bootsen. Hierdoor ontstaat er een nieuwe klasse van ineengrijpende driehoekige structuren. Deze aanpak zou de gevaren van schadelijke maanstofdeeltjes voor astronauten en apparatuur kunnen helpen beperken, en minimaliseert ook de hoeveelheid productiegoederen die vanaf de aarde zou moeten worden vervoerd.

De maan zal een stuk drukker worden, nu er zich over de hele wereld meerdere missies voorbereiden voor een nieuwe golf van maanexploratie. Het door NASA geleide Artemis-programma wil binnen de komende tien jaar weer astronauten op het maanoppervlak neerzetten, en China is haar eigen plannen voor een bemande maanlanding aan het formaliseren. Intussen zijn er nog veell meer andere landen en privébedrijven aan het werk om in de komende jaren robots op de maan neer te zetten; India is recentelijk met haar Chandrayaan-3-missie het vierde land in de geschiedenis geworden om dit voor elkaar te krijgen.

Als onze aanwezigheid op de maan zich zal blijven uitbreiden, zullen missies een complexere infrastructuur moeten ontwikkelen om operaties aan het oppervlak te ondersteunen. Nu hebben wetenschappers, die aan een ESA-project genaamd PAVER werken, laten zien dat de bouwstenen van onder andere maanwegen zouden kunnen worden gemaakt door zonlicht met een lens van ongeveer 2,37 vierkante meter op maanstof te concentreren. 

Het PAVER-team “heeft bewijs geleverd voor de uitvoerbaarheid van deze techniek om op locatie grote aantallen met ineengrijpend vermogen te produceren, die rechtstreeks op het maanoppervlak kunnen worden gefabriceerd en worden neergezet voor bestrating”, en liet ook weten dat “de relatief kleine grootte van de vereiste apparatuur en de simpliciteit van het systeem voordelig zouden zijn voor het gebruik van deze technologie tijdens toekomstige maanmissies,” aldus een onderzoek dat donderdag in Scientific Reports werd gepubliceerd. 

“Het karakter van maanstof kan nadelig zijn voor maanexploratie,” vertelt Juan Carlos Ginés-Palomares, een hoofdauteur van het onderzoek en een assistent-onderzoeker bij de Technische Universiteit Berlijn, in een email aan Motherboard. “Veel deeltjes hebben scherpe randen (door de afwezigheid van dingen die voor erosie zouden kunnen zorgen op de maan, zoals wind of water) en zijn vaak elektrisch geladen (waardoor het behoorlijk ‘plakkerig’ is). Maanstof kan schadelijk zijn voor maanlanders, ruimtepakken, en ook voor onze longen als we het inademen.”

“We wilden een bijdrage leveren om deze problemen te overwinnen,” merkt hij op. “Wegen produceren is een manier om de vorming van stofwolken te vermijden, en het maakt het voor voertuigen en rovers makkelijker om zich voor te bewegen.”

Natuurlijk is wegen leggen op het maanoppervlak makkelijker gezegd dan gedaan. Gezien de extreem hoge kosten van ruimtevluchten is het voor missieplanners niet mogelijk om een ruimteschip gewoon vol te laden met zware bakstenen om die vervolgens op de maan te dumpen. Onderzoekers hebben in plaats daarvan creatieve manieren verzonnen om gebruik te maken van de materialen die al op het maanoppervlak aanwezig zijn. 

Om dat te bereiken heeft ESA het PAVER-project gelanceerd om een paar van die zogenoemde “in situ resource utilization (ISRU)”-technologieën met materialen hier op aarde te ontwikkelen. Bij de samenwerking waren wetenschappers betrokken van de Technische Universiteit Clausthal, het Duitse Federale Instituut voor Onderzoek en Tests (BAM), de Liquifer Systems Group in Oostenrijk, en de Universiteit Aalen, waar Ginés-Palomares tijdens dit onderzoek verbleef.

“TU Clausthal en BAM (Duitsland) hadden al uitgebreide kennis over het gebruik van krachtige lasers voor de vervaardiging van grote kroezen van kwarts door kwartspoeder te sinteren,” legt Ginés‑Palomares uit. “Het idee was om deze apparatuur voor gebruik op de maan in te zetten. Het team van de TU Clausthal heeft dus de krachten gebundeld met het team van de Universiteit Aalen (Duitsland) en Liquifer (Oostenrijk), vanwege hun eerdere kennis over het maken van onderdelen van lunair materiaal door gebruik van solair sinteren.”

De onderzoekers hebben samen een techniek gepionierd om EAC-1A te smelten, een maansimulant die door ESA is ontwikkeld, door een koolstofdioxidelaser te gebruiken die de effecten van gefocuste zonnestraling nabootste. Met vallen en opstaan wisten ze robuuste driehoekige tegels te produceren die zo’n 25 centimeter lang zijn en zo’n anderhalve centimeter breed. 

Het team kwam tot de conclusie dat de blokken nauw samengepakt zouden kunnen worden om kritieke infrastructuur op de maan te maken. Ginés‑Palomares zegt dat het moeilijk was om te voorspellen wanneer deze techniek daadwerkelijk op het maanoppervlak zou kunnen worden getest, gezien alle variabelen van de financiering, de organisatie en de prioriteiten van ruimtemissies. Hij schatte echter in dat het technisch gezien mogelijk zou kunnen zijn om de aanpak in de jaren 2030 te demonstreren.

“Vanuit een technologisch standpunt suggereert de simpliciteit van de voorgestelde apparatuur dat er op korte termijn een prototype van deze technologie zou kunnen worden getest, in het spoor van de lanceringen die voor Artemis en andere ontdekkingsprogramma’s zijn voorgesteld,” zegt Ginés‑Palomares. “Tien jaar zou daarom best een redelijk tijdsbestek kunnen zijn.”

In de tussentijd willen de onderzoekers naar geplaveide maanwegen toe blijven werken door hun tegels bloot te stellen aan omstandigheden die lijken op wat ze op de maan zouden tegenkomen. 

“We hebben al over een paar van de volgende stappen van dit project nagedacht: ten eerste zou het uithoudingsvermogen van de tegels onder de stuwkracht van een raket moeten worden getest,” zegt Ginés‑Palomares. “Dan moet er worden gekeken naar de productie in omstandigheden met weinig zwaartekracht; dit kan bijvoorbeeld worden gedaan in parabolische vluchtacties. Dit onderzoek is uitgevoerd in aardse atmosferische omstandigheden en met normale zwaartekracht. Het op aarde testen van deze apparatuur in lunaire omstandigheden (specifiek de afwezigheid van lucht en lunaire zwaartekracht) zal een belangrijke stap zijn naar deze en soortgelijke technologieën ooit op de maan krijgen.”

“We vinden het natuurlijk erg spannend om aan zo’n soort project te kunnen werken,” concludeert hij. “Het idee dat we bijdragen aan de volgende stappen van menselijke ontdekking op de maan, wat voor zovelen van ons een droom is, dat geeft ons wel flinke motivatie voor ons werk. Daarom zouden we het Europees Ruimteagentschap (ESA) willen bedanken, want zij hebben dit project gefinancierd en zij maken de toekomst van maanexploratie mogelijk.”

Dit artikel verscheen oorspronkelijk op VICE UK.

Volg VICE België en VICE Nederland ook op Instagram.