Sono state impiegate quasi 20 tecniche per preparare materiali da costruzione a base di regolite, ciascuna con requisiti e capacità distinti. Il professor Feng dell'Università di Tsinghua ha condotto una revisione completa, una classificazione precisa e una valutazione quantitativa delle tecniche di solidificazione e formazione della regolite, facendo luce sulle sfide chiave e sulle direzioni di sviluppo futuro. L'articolo è pubblicato sulla rivista Engineering .

Sulla base dei meccanismi tecnici di legame e coesione tra le particelle, le tecnologie di solidificazione e formazione della regolite possono essere classificate in quattro gruppi:metodi di solidificazione della reazione (RS), sinterizzazione/fusione (SM), solidificazione del legame (BS) e metodi di formazione di confinamento (CF). . Le tecniche specifiche vengono ulteriormente classificate in base ai requisiti di implementazione, stabilendo un solido sistema di composizione tecnologica. Questa ricerca descrive quantitativamente ciascuna tecnica, riassumendo processi e parametri di prestazione.

Nella solidificazione della reazione, le particelle di regolite sono legate insieme attraverso composti reagiti. Questo metodo si basa su materiali di reazione trasportati da razzi, con la regolite locale che tipicamente comprende dal 60% al 95% della miscela complessiva.

La sinterizzazione/fusione comporta il sottoporre la regolite a un trattamento ad alta temperatura, con rapporti in situ che comunemente raggiungono il 100%. Tuttavia, temperature di riscaldamento superiori a 1.000°C possono comportare problemi per quanto riguarda l'approvvigionamento energetico e il funzionamento delle apparecchiature.

In alternativa, la solidificazione del legame utilizza leganti per far aderire le particelle, con un rapporto in situ del 65%–95%. Questo metodo richiede temperature più basse e meno tempo per la solidificazione. La formazione del confinamento utilizza il tessuto per vincolare la regolite, formando i componenti del sacchetto della regolite attraverso il confinamento generale senza stabilire connessioni tra le particelle. Con un rapporto in situ fino al 99%, questo metodo richiede requisiti di temperatura e tempo relativamente bassi, mentre i componenti formati mostrano un vantaggio in termini di trazione ma potrebbero non avere sufficiente resistenza alla compressione.

Nella ricerca di materiali economici e ad alte prestazioni per la costruzione lunare, i ricercatori affrontano la sfida di ridurre al minimo il consumo di risorse, i requisiti energetici e la complessità operativa, garantendo al contempo l’affidabilità nell’ambiente lunare. Per risolvere questo problema, il gruppo di ricerca introduce il metodo di quantificazione 8IMEM, che comprende otto indicatori di valutazione e soglie di punteggio adattate alle esigenze di costruzione.

Secondo i risultati della valutazione, l’insaccamento della regolite emerge come la tecnica più apprezzata, poiché richiede minori requisiti di materiale, attrezzature ed energia e consente la rapida formazione di componenti di grandi dimensioni. Offre prospettive promettenti per la costruzione lunare in situ su larga scala.

Le tecniche di sinterizzazione/fusione si collocano costantemente ai primi posti, mentre le tecniche di fusione mostrano un'eccezionale resistenza alla polimerizzazione, rendendole adatte alla produzione di componenti critici. Le tecniche di fusione solare sfruttano direttamente l'energia solare, rendendole ideali per costruzioni a basso consumo energetico.

Per allinearsi alle condizioni di costruzione lunare e agli obiettivi a lungo termine delle Stazioni Internazionali di Ricerca Lunare, è stato ideato un piano completo in quattro fasi:Laboratorio, Stazione di ricerca, Residenza e Habitat. Ogni fase ha funzioni specifiche e obiettivi di costruzione distinti, garantendo uno sviluppo progressivo e sostenibile delle infrastrutture lunari.

La fase Laboratorio supporta principalmente progetti di ricerca senza pilota, mentre la fase Stazione di ricerca ospita gli astronauti per missioni di ricerca scientifica temporanee. Il palco Residence è progettato per soddisfare tutte le esigenze lavorative e di vita degli astronauti sulla Luna, somigliando nella funzionalità ad una stazione spaziale. Infine, lo stadio Habitat è concepito come un habitat autosufficiente per la vita umana e una stazione di collegamento per l'esplorazione dello spazio profondo.

Per raggiungere gli obiettivi di costruzione di ciascuna fase, il gruppo di ricerca ha analizzato ulteriormente gli obiettivi di costruzione strutturale. Sulla base di valutazioni quantitative, hanno proposto la tecnologia dei sacchi di regolite come soluzione per la costruzione della base lunare.

Sfruttando le informazioni derivate da questa valutazione completa, i ricercatori possono prendere decisioni informate sulle tecniche di preparazione dei materiali, aprendo la strada a sforzi ottimizzati di costruzione lunare. Inoltre, il progetto di habitat lunare proposto basato sui sacchi di regolite è un riferimento pratico per la ricerca futura.