ساخت و ساز در کره ماه سالهاست که به یکی از آرزوهای بزرگ آژانسهای فضایی جهان تبدیل شده است؛ اما بزرگترین مانع بر سر راه این هدف، هزینه سرسامآور انتقال مصالح از زمین است. یک پژوهشگر ایرانی در دانشگاه فنی دانمارک (DTU) راهی متفاوت را دنبال میکند: استفاده از خودِ غبار ماه به عنوان ماده اولیه ساختوساز و ذوب آن با پرتو لیزر برای تولید آجر و قطعات ساختمانی.
معضل هزینه انتقال مصالح به ماه
سکونت انسان در فضا، چه روی ماه و چه در سفرهای آینده به مریخ، به محیطهای امن و سازههای مقاوم نیاز دارد. با این حال، ارسال مصالح ساختمانی از زمین به ماه هزینهای باورنکردنی دارد؛ بهطوری که ناسا برای جابهجایی هر کیلوگرم بار به ماه از طریق شرکتهایی مانند «اینتویتیو ماشینز» و «فایرفلای ایروسپیس» باید تا یک میلیون دلار بپردازد. شرکت اسپیسایکس نیز امیدوار است با فضاپیمای باری قابل استفاده مجدد «استارشیپ» این رقم را به حدود ۱۰۰ هزار دلار در هر کیلوگرم کاهش دهد، اما تحقق این چشمانداز همچنان زمانبر است.
به همین دلیل، دانشمندان در حال بررسی استفاده از منابع موجود در خود ماه هستند و غبار ماه مهمترین گزینه پیش روی آنهاست. محمد بیات، دانشیار دانشکده مهندسی عمران و ساخت دانشگاه فنی دانمارک (DTU Construct)، از جمله محققانی است که ایده ساخت زیستگاه با ذوب غبار ماه و تبدیل آن به آجر و مصالح را دنبال میکند.
چالش ذوب مواد در محیط کمفشار
اجرای این ایده با دشواریهای بزرگی روبهروست. ذوب مواد در محیطهای کمفشار بسیار پیچیدهتر از شرایط روی زمین است. بیات در این باره توضیح میدهد: «همانطور که آب در ارتفاعات بالا در دمای پایینتری به جوش میآید، غبار مذاب ماه نیز به دلیل نبود فشار جوی، راحتتر و شدیدتر تبخیر میشود و همین موضوع کنترل فرایند ذوب را بسیار دشوار میکند.»
بیات با دریافت گرنت معتبر «Sapere Aude» از صندوق مستقل پژوهش دانمارک، هدایت پروژهای را بر عهده گرفته که هدف آن بررسی رفتار غبار ماه هنگام ذوب با لیزر در محیطی با فشار بسیار پایین است. نتایج این پژوهش صرفاً به اکتشافات فضایی محدود نمیماند و میتواند در توسعه فناوریهای زمینی مانند چاپ سهبعدی فلزات، جوشکاری در خلأ، اصلاح و بافتدهی سطوح و برش لیزری نیز کاربرد داشته باشد.
شبیهسازی شرایط ماه در آزمایشگاه
در این پروژه، پژوهشگران ابتدا محفظهای ویژه طراحی میکنند که شرایط فشار حاکم بر ماه را تا حد امکان شبیهسازی میکند و سپس نمونههای غبار ماه را در آن محیط با لیزر ذوب میکنند. دانشمندان با کمک دوربینهای پرسرعت و آزمایشهای گوناگون، رفتار مواد مذاب را زیر نظر میگیرند؛ از جمله اینکه ترکیب معدنی غبار ماه پیش و پس از ذوب چگونه تغییر میکند و ذرات مذاب در محیط کمفشار چگونه پراکنده میشوند. از آنجا که بازسازی کامل شرایط ماه روی زمین ممکن نیست، بخشی از پروژه نیز به شبیهسازی رایانهای شرایطی اختصاص دارد که در آزمایشگاه قابل ایجاد نیست.
از قطعات کوچک تا جاده و سکوی فرود
این طرح قرار است طی سه سال و نیم اجرا شود و افزون بر بیات، یک دانشجوی دکتری، یک پژوهشگر پسادکتری و یک دستیار پژوهشی در آن مشارکت خواهند داشت. هدف نهایی تیم، فراتر رفتن از تولید قطعات کوچک دو سانتیمتری و ساخت اجسامی با ابعاد ۱۰ تا ۲۰ سانتیمتر در اتاقک شبیهساز ماه است.
بیات درباره چشمانداز این پروژه میگوید: «امیدواریم بتوانیم در اتاقک شبیهساز ماه، سازههایی نسبتاً بزرگ تولید کنیم؛ برای مثال قطعاتی برای پوشش سکوی فرود یا ساخت جاده، تا نشان دهیم چگونه غبار مذاب ماه میتواند به سطوحی جامد برای محافظت از فضانوردان و فضاپیماها تبدیل شود.»
همکاری با آژانس فضایی اروپا در چارچوب برنامه آرتمیس
آژانس فضایی اروپا (ESA) این پروژه را از نزدیک دنبال میکند، زیرا نتایج آن میتواند برای مأموریتهای فضایی آینده اهمیت زیادی داشته باشد. بیات تأکید میکند: «اروپا در زمینه ذوب غبار ماه با لیزر پیشگام است، اما امیدواریم نخستین گروه پژوهشی در اروپا باشیم که پژوهشهای بنیادی درباره ساخت قطعات بزرگمقیاس در محیط کمفشار ارائه میکند. در آن صورت، آژانس فضایی اروپا خواهد توانست زیرساختهایی مانند جادهها و سپرهای محافظ در برابر تابش را برای پایگاه بینالمللی ماه که در قالب برنامه آرتمیس ساخته میشود، فراهم کند.»
در این پروژه، گروه پژوهشی با آژانس فضایی اروپا، شرکت دانمارکی Saga Space Architects که در طراحی سازههای فضایی تخصص دارد، و دانشگاه کالج لندن (UCL) همکاری میکند؛ دانشگاهی که آزمایشهای پیشرفته پرتوی ایکس و سینکروترون را برای بررسی رفتار مواد مذاب انجام خواهد داد.
پیشینه علمی پژوهشگر ایرانی
دکتر محمد بیات مدرک کارشناسی مهندسی مکانیک را در سال ۱۳۹۴ از دانشگاه گیلان و کارشناسی ارشد را در سال ۱۳۹۶ از دانشگاه صنعتی شریف دریافت کرده و سپس از مهر ۱۳۹۶ تا مهر ۱۳۹۹ دوره دکتری مهندسی مکانیک را در دانشگاه فنی دانمارک گذرانده است. او پس از آن بهعنوان پژوهشگر پسادکتری در همین دانشگاه فعالیت کرده و اکنون عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی عمران و مکانیک دانشگاه فنی دانمارک است.
زمینه اصلی پژوهشهای بیات، شبیهسازی چندفیزیکی و چندمقیاسی فرایندهای پیشرفته تولید و همچنین بررسیهای عددی و آزمایشگاهی انتقال حرارت و جریان سیال در سامانههای مدیریت حرارتی تکفازی و دوفازی با عملکرد بالا است. هدف بلندمدت او گسترش این مطالعات به پروژههای علمی مرتبط با فضا و علوم زیستی است.
نظرات (0)