Анализ вариантов реализации систем 3D печати лунного реголита


Авторы

Дмитриев А. О.*, Сысоев В. К.**, Хмель Д. С.***, Юдин А. Д.****

Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина, ул. Ленинградская, 24, Химки, Московская область, 141400, Россия

*e-mail: DmitrievAO@laspace.ru
**e-mail: sysoev@laspace.ru
***e-mail: rotor_fly@mail.ru
****e-mail: IUdinAD@laspace.ru

Аннотация

В статье представлен анализ и сравнение вариантов 3D‑печати из лунного реголита с использованием солнечного и лазерного излучения. Эта технология может оказаться востребованной при строительстве объектов лунной базы. Актуальной задачей является анализ возможных методов возведения конструкций различного типа на Луне и, прежде всего, решение вопроса получения строительных материалов из лунного грунта. Наиболее оптимальной технологией строительства из местных материалов считается метод 3D‑спекания.
Анализ вариантов построения систем сплавления реголита показывает, что комбинированный метод с косвенным солнечным спеканием сохраняет преимущества как метода прямого использования солнечной энергии (высокая эффективность), так и преимущества использования лазерного источника (мобильность комплекса). При этом он снижает недостатки базовых методов: габариты основного концентратора и низкую манёвренность системы прямого спекания (и как следствие — ограничения по строительным задачам), а также серьёзные потери в эффективности лазерного спекания. Применение ряда модификаций, таких как концентраторы типа «Sun Simba», полые световоды для подачи энергии на выход и стержень, а также конструкция выходного стержня из сапфирового стекла, позволит дополнительно повысить эффективность метода косвенного солнечного спекания.

Ключевые слова:

Луна, строительство, реголит, спекание, лазерное излучение, солнечный концентратор

Список источников

  1. Слюта Е.Н. Физико-механические свойства лунного грунта // Астрономический вестник. 2014. Т. 48. № 5. С. 358 – 382.
  2. Ксандопуло Г.И. Развитие новых технологий для использования ресурсов луны и марса // Космические исследования и технологии. 2013. № 1. С. 24 – 31.
  3. Нгуен ТЛ., Добрянский В. Н., Рабинский Л.Н. Исследование термомеханики процесса селективного лазерного плавления порошков различного гранулометрического состава // Труды МАИ. 2025. № 145. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=186878.
  4. Терещенко Т.С., Орехов А.А., Рабинский Л.Н. Исследование статических и динамических физико-механических характеристик стали, изготовленной методом послойного лазерного спекания // Труды МАИ. 2025. № 140. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=184051.
  5. Багров А.В., Сысоев А.К., Сысоев В.К., Юдин А.Д. Моделирование спекания имитаторов лунного грунта солнечным излучением. Письма о материалах. 2017. Т.7. №2. С.130-132
  6. Warren P., Raju N., et. al. Effect of sintering temperature on microstructure and mechanical properties of molded Martian and Lunar regolith // Ceramics International. 2022. V. 48, Is. 23. Part B. Pages 35825-35833
  7. Багров А.В., Нестерин И.М., Пичхадзе К.М., Сысоев В.К., Сысоев А.К., Юдин А.Д. Анализ методов строительства конструкций лунных станций // Вестник НПО им. С. А. Лавочкина. 2014. № 4. С. 75 – 80.
  8. Кочнев К.В., Ненарокомов А.В. Моделирование процесса спекания лунного реголита. Анализ расчетно-экспериментального метода идентификации математической модели теплопереноса // Тепловые процессы в технике. 2023. Т. 15. № 2. С. 51–61.
  9. Кочнев К.В., Ненарокомов А.В. Моделирование теплообмена в симуляторе лунного реголита. Постановка задачи // Тепловые процессы в технике. 2021. Т. 13. № 6. С. 242–252. 
  10. Томилина Т.М., Ким А.А., Лисов Д.И., Лысенко А.М.  Эксперимент «Лунный Принтер» по лазерному сплавлению лунного реголита в космическом проекте «Луна-Грунт» // Космические исследования, 2023, T. 61, № 4, стр. 311-32
  11. Россия создаст лунный 3D-принтер URL: https://nplus1.ru/news/2016/11/23/3d-regolith (дата обращения 20.09.2025)
  12. Nakamura T., B. Smith B. Solar thermal system for lunar ISRU applications: development and field operation at Mauna Kea, Hi // 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 2011, p. 433.
  13. Gordon P.E.C.; Colozza A.J.; Hepp A.F.; Heller R.S.; Gustafson R.; Stern T.; Nakamura T. Thermal Energy for Lunar In Situ Resource Utilization: Technical Challenges and Technology Opportunities // 49th Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition sponsored by the American Institute of Aeronautics and Astronautics Orlando, Florida, January 4–7, 2011
  14. Nakamura T., Smith B.K. Solar Thermal System For Oxygen Production From Lunar Regolith Ground-based Demonstration System // AIAA Space 2009 Conference, Pasadena, CA, 2009, AIAA–2009–6509.
  15. Shaltens R.K., Boyle R.V. Initial Results From the Solar Dynamic (SD) Ground Test Demonstration (GTD) Project at NASA Lewis // NASA TM–107004, 1995.
  16. Wegeng R.S. Thermal Wadis in Support of Lunar Science and Exploration // 6th International Energy Conversion Engineering Conference, Cleveland, OH, 2008, AIAA–2008–5632.
  17. Fikes J.C., Howell J.T., Gerrish H.P., and Patrick S.L., Solar Concentrator Demonstrator For Lunar Regolith Processing // 59th International Astronautical Congress, Glasglow, Scotland, UK, 2008, paper IAC–C3.2.5.
  18. Wong W.A.  Refractive Secondary Solar Concentrator Demonstrated High-Temperature Operation // 2001 NASA Glenn Research Center Research and Technology Report, NASA/TM—2002-211333, 2002, pp. 74–76.
  19. Colozza A.J.  Power System Mass Analysis for Hydrogen Reduction Oxygen Production On The Lunar Surface // NASA/CR—2009-21550, 2009.
  20. 20. Briggs R.A.,   Sacco, A. Jr. Hydrogen reduction mechanisms of ilmenite between 823 and 1353 K // J. Mater. Res., Vol. 6, No. 3, 1991, pp. 574–584.
  21. Gustafson R.J., White B.C., Fidler, M.J. Demonstrating Lunar Oxygen Production with the Carbothermal Regolith Reduction Process // 47th Aerospace Sciences Meeting, Orlando, FL, 2009, paper AIAA–2009–663.
  22. Jenkins C.H.M. Gossamer Spacecraft: Membrane And Inflatable Structures Technology For Space Applications // Progress in Astronautics and Aeronautics, Volume 191, AIAA, Reston, VA, 2001, pp. 281–320.
  23. Balla V.K., Roberson L.B., O’Connor G.W. First demonstration on direct laser fabrication of lunar regolith parts // Rapid Prototyp. J. V. 18. Iss. 6. P. 451–457.
  24. Fateri M., Gebhardt A. Process Parameters Development of Selective Laser Melting of Lunar Regolith for On-Site Manufacturing Applications // Intern. J. Appl. Ceram. Technol. 2015. V. 12. Iss. 1. P. 46–52. 
  25. Goulas A., Binner J.G.P., Harris R.A. Assessing extraterrestrial regolith material simulants for in-situ resource utilisation based 3D printing // Appl. Mater. Today. 2017. V. 6. P. 54–61. 4
  26. Волоконные лазерные излучатели URL: https://laserstan.ru/catalog/detail/volokonnyy-lazernyy-izluchatel-raycus-100w/ (дата обращения 20.09.2025).
  27. Кацуяма Т., Мацумура Х. Инфракрасные волоконные световоды: пер. с англ. канд. физ.-мат. наук В. В. Войцеховского и В. Г. Плотниченко / М.: Мир, 1993 272 с.: ил.
  28. Howe A.S., Wilcox B., McQuin C., Townsend J, Rieber R., Barmatz M., Leichty J.  Faxing Structures to the Moon: Freeform Additive Construction System (FACS) // AIAA Space 2013 Conference & Exhibition. San Diego, California, USA, 10-12 Sep 2013. Reston, Virginia, USA: American Institute of Aeronautics and Astronautics.
  29. Солнечный концентратор Sun Simba URL: https://habr.com/ru/articles/200140   (дата обращения 28.09.2025). 
  30. Ramachandran  A.M., Thampi  A.S., Singh M., Asok A. A comprehensive review on optics and optical materials for planar waveguide-based compact concentrated solar photovoltaics // Results Eng. 2022, 16, 100665.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2026

 Вход