Stavařina na Měsíci: 3D tištěné cihly z měsíčního prachu, vypálené Sluncem  
Chystáte se stavět na Měsíci? Pořiďte si 3D tiskárnu na cihly se solární spékáním a můžete se pustit do práce.
3D tištěná cihla ze simulovaného Měsíce. Kredit: ESA, G. Porter.
3D tištěná cihla ze simulovaného Měsíce. Kredit: ESA, G. Porter.

Lidstvo se už snad konečně vydá osídlit Měsíc. Je ostudné, že v roce 2017 ještě nemáme trvale osídlenou základnu na nejbližším vesmírném tělese. Ať už to budou astronauté v žoldu státní agentury anebo posádky soukromých vesmírných společností, tak budou potřebovat nějaké budovy. Z čeho by je ale mohli postavit? Odpověď nabízí pozoruhodný experiment Evropské kosmické agentury ESA.

 

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.

Materiálový inženýr Advenit Makaya a jeho spolupracovníci vzali simulovaný měsíční materiál a pak z něj 3D tiskem a spečením pomocí slunečního záření vytvořili pěknou cihlu. Jedno dne by si tahle mohli vyrábět cihly kolonisté na Měsíci. Badatelé postupovali tak, že vždy vytiskli vrstvu cihly o tloušťce 0,1 milimetru a tu pak spekli v solární výhni o teplotě 1 000 stupňů Celsia. Cihla o rozměrech 20 krát 10 krát 3 centimetry byla hotová za 5 hodin.


Makaya s kolegy nemuseli vymýšlet nic komplikovaného. Použili komerčně dostupnou simulovanou měsíční zeminu, která je založená na pozemském vulkanickém materiálu, zpracovaném tak, aby svým složením a velikostí zrn odpovídal skutečnému materiálu na povrchu Měsíce. Roli sluneční pece jim sehrála zařízení Německého střediska pro letectví a kosmonautiku (DLR), které se nachází poblíž Kolína nad Rýnem. Jak jsme na OSLU nedávno psali, zprovoznili tam umělé slunce Synlight ze 149 xenonových reflektorů. Kromě toho tam ještě mají solární koncentrátor, který pomocí 147 zrcadel soustředí do jednoho místa sluneční záření.

 

Solární koncentrátor DLR. Kredit: DLR.
Solární koncentrátor DLR. Kredit: DLR.

Když nesvítí Slunce a nefunguje solární koncentrátor, což se na západě Německa občas stává, tak je možné spékat cihly z měsíčního prachu pomocí umělého slunce. V obou případech je ale výsledkem cihla, jejíž pevnost odpovídá sádře. Vyrobené cihly teď procházejí pečlivými testy mechanických vlastností, aby kolonisté na Měsíci tušili, co od takového materiálu mohou očekávat.

3D tištěná základna na Měsíci. Kredit: ESA/Foster + Partners.
3D tištěná základna na Měsíci. Kredit: ESA/Foster + Partners.

 

Vyrobené cihly ještě nejsou úplně ideální. Některé mají zprohýbané okraje. Podle Makayi je to tím, že okraje cihel chladnou rychleji než jejich střed. Prý to ale nebude těžké doladit. Hodlají různě měnit rychlost tisku, aby tím omezili množství tepla, které se hromadí ve vytvářené cihle. Účelem experimentu ale bylo prokázat, že takový postup funguje, a že s jeho pomocí bude možné stavět na Měsíci. A to se povedlo.


Na úspěšné spékání cihel ze simulovaného měsíčního materiálu v běžných pozemských podmínkách teď naváže projekt RegoLight. V něm vědci prověří, zda je možné upéct měsíční cihly v podmínkách, jaké panují na Měsíci. Cihly se opět budou vyrábět 3D tiskem a solárním spékáním, ale tentokrát ve vzduchoprázdnu a za velkých teplotních extrémů. Pokud uspěje i tento program, tak získáme technologii, díky které bude možné tisknout měsíční základny z místního materiálu, jen s pomocí 3D tiskárny a solárního koncentrátoru. Oproti dřívějším technologiím, které potřebovaly sůl jako pojivo, to bude velké zlepšení.


Pro kolonizaci Měsíce i dalších těles bude velmi důležité v co největší možné míře využívat místní materiály. Kosmická přeprava je stále velice drahá a každá úspora se počítá. A nejde jenom o vesmírná tělesa. Stavby ze 3D tiskáren na solární pohon, které budou levné a rychle postavené, by se mohly leckde hodit i na Zemi. Jistě je uvítají v chudých oblastech anebo v místech, kam udeřila přírodní katastrofa či ozbrojený konflikt.

Video:  3D-printing moondust bricks with focused solar heat


Literatura
ESA 3. 5. 2017.

Autor: Stanislav Mihulka
Datum: 05.05.2017
Tisk článku

Slunce - Švanda Michal
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 299 Kč
cena: 266 Kč
Slunce
Švanda Michal
Související články:

Realistická základna na Měsíci?     Autor: Stanislav Mihulka (06.11.2011)
ProtoCycler – stolní recyklátor mění plastové láhve na strunu do 3D tiskárny     Autor: Josef Pazdera (09.03.2015)
Němečtí vědci spustili xenonové umělé Slunce     Autor: Stanislav Mihulka (29.03.2017)



Diskuze:

3D tlač s pieskom

Bluke .,2017-05-09 12:30:14

Niečo podobne ako vyrábať na púšti spekané materialy vymyslela jedna slečna vz SK , kuken: https://zurnal.pravda.sk/rozhovory/clanok/371519-slovenka-vymyslela-ako-prezit-v-pusti/

Odpovědět


Re: 3D tlač s pieskom

Bluke .,2017-05-10 12:54:19

tu jest project: sandwright >>
http://www.archiprix.org/2017/index.php?project=3549

Odpovědět

Jan Omasta,2017-05-07 02:02:43

Proč se tu starají o takové hlouposti? Na měsíc se zatím dostala jediná raketa. Postavit nějaký příbytek na zemi by bylo jednodušší a dostalo by se do něj mnohem víc lidí. I kdyby zemi totálně zničily výbuchy jaderných bomb, stále by bylo jednodušší osídlit Zemi než měsíc.

Odpovědět


Re:

Roman Madala,2017-05-09 09:25:34

Zem už je rozparcelovaná na jednotlivé štáty, tu už sa nedá bez následku vojny nič osídliť a ľudí je čoraz viac, navyše v pomerne blízkej dobe veľa pracovných miest nahradia roboty, tak aby sa to miliardárom a štátnikom raz nezosypalo na hlavu, hľadajú alternatívy podľa vzoru amerického osídľovania: keď tam dokážeš prežiť, je to tvoje.

Odpovědět

Vylet

Jan Jakub Mikl,2017-05-06 21:08:46

Nechci vam do debaty kecat, ale kdyz vypadnete z kanclu a jedete na nejaky hrad tak ho postavily bez tiskaren a normalne se v nem bydlelo. Proste se jen na sebe skladali placaky a ty jsou i na mesici. Vzhledem k ochrane proti radiaci by tlusty steny fakt nevadily. Staci min myslet a vyc pracovat. Apropo co vykutat jeskyni? Jinak koncentrak pobavil

Odpovědět

Radim Polášek,2017-05-06 15:39:01

Jestli nebude nejjednodušší a energeticky úspornější místo 3D tiskáren pracujících s vysokou teplotou stavět na Měsíci z obyčejného cementu a betonu.
Měsíční prach je hornina milióny let vystavovaná slunečnímu svitu a tudíž poměrně vysokým teplotám, takže při troše štěstí na vhodné nerostné složení by se měsíční prach mohl skládat z chemickoprostorových struktur podobných v cementářské peci vypálenému slínku. Potom by stačilo ten měsíční prach jen rozemlít na jemný prášek, více či méně doplnit další podrcenou měsíční horninou příslušného zrna a za atmosférického tlaku a běžné teploty smíchat s vodou. A vznikl by beton jakožto perfektní stavbařský materiál.
Případně beton s nějakou armovací výztuží, ať už klasickou ocelovou nebo plastovými vlákny. A vzhledem k tomu, že nejdražší složkou by asi byla voda, která by se musela dovážet, dělal by se ten beton za přebytku měsíčního cementu, tudíž by se tak dalo dosáhnout mnohem vyšší pevnosti než na zemi, kde se do betonu musí cementem šetřit.
Akorát by to asi nešlo použít na místa vystavovaná přímému osvitu sluncem, protože tam by ve vzduchoprázdnu zřejmě docházelo k tepelnému rozkladu toho betonu.

Odpovědět


Re:

Martin Vajsar,2017-05-09 11:02:18

To je vtip, ne?

Pro beton potřebujete (dle Vašeho vlastního příspěvku): vodu, která bude na Měsíci pekelně drahá, atmosférický tlak a běžnou teplotu, z nichž ani jedno se na Měsíci opět přirozeně nevyskytuje (a to nejen pro výrobu; kdoví, jak beton tvrdne ve vakuu), a mlýny a zdroj energie na jejich pohon. A nakonec to ani nemůžete použít na venkovní plochy.

Na druhou stranu, ty cihly se obejdou bez vody, atmosféry i "běžné" teploty, spékají se z měsíčního prachu (bez mletí), a to slunečním světlem pomocí zrcadel, takže na tu energeticky nejnáročnější část nepotřebujete světlo konvertovat na elektřinu. A bez problémů to odolá slunečnímu záření.

Odpovědět

Překvapení

Alexandr Kostka,2017-05-06 01:29:48

Vědci zjistili, že se z materiálu s obsahem oxidu křemičitého po zahžátí stane sklovina. Tedy v případě upěchování do formy ve tvaru cihly, vznikne cihla. Nic proti výzkumu, ale tady nejde o žádný 3d tisk, jen o vyprojektování dostatečně výkonné solární pece, aby tam šlo sázet formy jednu za druhou. Jinak pálené cihly zná lidstvo už "pár" let.

Odpovědět


Re: Překvapení

Florian Stanislav,2017-05-06 01:54:40

Cihla není sklovitý keramický materiál, vyrábí se při 1000 °C, sklo asi 1300°C, čili tepelné ztráty odpovídající T^4 jsou asi (1573/1273)^4 = 2,33 x větší jak při 1000 °C. Vypalovací pece potřebují nepřetržitý provoz a silné tepelné izolace ( šamot). 3D tiskárna tiskne po vrstvičkách 0,1 mm.

Odpovědět


Re: Re: Překvapení

Josef Hrncirik,2017-05-06 10:50:35

není žádné.
Vepřovice není nutno vypalovat. Lisuje kapilární tlak při odparu vody. Vodu lze částečně regenerovat.
Sintrování prý probíhá hladce nad 2/3 T tání látky, vyžaduje však dlouhou dobu a jemný prach, předlisovaný.

Ve slunečním koncentráku nevyrobili ani obkladové pásky, ale nazvali to okamžitě cihlami.
Až vyrobí cihly, nazvou to okamžitě kvádry či bloky či panely.

Odpovědět


Re: Re: Re: Překvapení

Josef Hrncirik,2017-05-06 11:21:12

Podle videa to mělo max. teplotu 580, tj. max. 853 K.
Z takových cihliček ze slunečního koncentráku Terezín pro III. říši na Luně nevystaví.
Hladoví kosmonauti (vyhnanci, vysídlenci) jim to budou loupat a chroustat jako perníček z Perníkové chaloupky.
Prostřelí se to i vzduchovkou, na Luně obzvlášť snadno.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Překvapení

Radim Polášek,2017-05-06 15:52:38

Jestli použili materiál z pozemského sopečného popela, tak míra spékání mohla být i při 580 st C dost vysoká. Sopečný popel se totiž vytváří z toho podílu rožhaveného magmatu, který je po otevření sopky a částečnému vychladnutí magmatu z velké části ještě velice dobře tekutý.Právě ty tekuté frakce magmatu jsou přednostně strhávány proudy plynú unikajícími ze sopky a vynášeny do atmosféry, odkud padají jako popel. Zatímco v jícnu sopky zůstávají spíš těžce tavitelné frakce magmatu.
Ale jestli se ty cihly mají vyrábět hromadně a má se při jejich výrobě uspořit energie, tak je mnohem výhodnější materiál drobně rozemlít, potom cihly vylisovat velmi vysokým tlakem a zahřát na spékací teplotu jako celek. Spékání tak proběhne při podstatně nižší teplotě a vzniká tak podstatně tvrdší a pevnější materiál.Nebo je možné ušetřit velký podíl tavitelné složky a volbou různých netavitelných příměsí lze v širokém rozsahu modifikovat vlastnosti výsledného materiálu. Než při tisku 3D tiskem, kdy přidávaný materiál musí být za prvé dobře tavitelný a za druhé se na objektu usazuje pouze vlastní vahou a jako takový spéká laserem, takže materiál může obsahovat hodně pórů.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Překvapení

Josef Hrncirik,2017-05-06 18:10:58

Materiál slinuje silami povrchové energie (proto nanomletí, kdy vzniká i amorfní podíl) při teplotě alespoň 2/3 T tání, kdy už začíná měřitelně (použitelně) při dlouhé době téci.
Nízkotavitelný podíl by se při velkém povrchu asi jen beznadějně vsákl.
Při velkých objemech se dá teplo regenerovat jako v cihlářské kruhové peci či vápence, ev. regenerovat voda a je velká zdržná doba při vysoké teplotě.
Tenké vrstvy sálají Pánu Bohu do oken, rychle chládnou a čas pracuje proti cihlářovi.
Minule se Oslové chvástali, že v koncentráku dosahují 3000°C, ale asi jen při dokonalé izolaci proti sálání a ztrátám do boku. Na videu byli rádi, že střep měl prý? 580°C.
S takovou z popela (ani sopečného) cihly nenadělají!
Cihly římských legií byly větší než normalizované, natož než ty obkladové pásky!

Lisovali nacisté rumiska?
Za jakých podmínek?
Nebo se jen chvástali, že se nic nestalo a že jsou vždy připraveni?

Odpovědět


Re: Re: Re: Překvapení

Jiří Kocurek,2017-05-06 12:28:38

Na vepřovici potřebujete jíl a taky slámu. Obojího je na Měsíci velký nedostatek a ještě horší je to s kapalnou vodou, bez které ze suchého jílu vepřovici nevyrobíte. Také tam nebude fungovat vzduchovka. Nneí tam vzduch, který by se pístem stlačil.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Překvapení

Florian Stanislav,2017-05-06 13:04:39

Ano.Základním materiálem povrchu Měsíce je prach, což vypovídá hodně o tom, jaká forma silikátů je tam stabilní (řekněme -200 °C až + 120°C). Kolem 120 °C se uvolňuje i chemicky vázaná voda v hydrátech typu kaolinit Al2O2.2SiO2.2H2O.
V selských stodolách byly po staletí mlaty z hlíny + slámy, kropeno, fest udusáno, uváleno, drží do dones, pokud k tomu nedostane voda.
Cihly bez vody nelze vyrobit na Zemi a na Měsíci leda lokálním spékáním po vrstvách, což je v článku.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Překvapení

Josef Hrncirik,2017-05-06 13:19:36

Na Oslu se psalo, že pod zemí je v horninách více vody než v oceánech ve formě OH skupin v některých silikátech, které vodu pustí v červeném žáru (pálení cihel).

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Překvapení

Florian Stanislav,2017-05-07 09:58:06

https://www.novinky.cz/veda-skoly/214922-voda-na-mesici-je-vyuzitelny-zdroj-uvedla-nasa.html
Voda z kráteru po dopadu rakety na Měsíc a v kráterech Měsíce v horninách.
https://cs.wikipedia.org/wiki/Voda_na_M%C4%9Bs%C3%ADci
"Voda nebo hydroxilová skupina OH- může být také vázána v měsíčních horninách v nízkých koncentracích dokonce na různých místech měsíčního povrchu.[1] Voda se na Měsíc mohla dostat z komet a asteroidů, které dopadly na Měsíc.[2]
Důkazy, že by se zde opravdu vodní led mohl nacházet, přinesla v listopadu 2009 sonda LCROSS, která detekovala hydroxilovou skupinu OH- v materiálu vyvrženém dopadem raketového stupně Centaur na povrch Měsíce.[3]"
Myslím, že hydroxyl se píše ne hydroxil.
Dopad raketového stupně Centaur vyvrhl asi 200 kg vody podle analýzy OH-. To není moc velká koncentrace v vázané vody horninách a využití vody pro posádku by se jistě našlo výhodnější, než na výrobu cihel.
Výroba cihel potřebuje napřed vodu na rozmíchání hlíny, pak vysušit a vypálit.
Tento článek
http://www.osel.cz/7942-voda-na-kometach-a-na-zemi-neni-v-pribuzenskem-vztahu.html
píše o vodě pod povrchem Země ne pod povrchem Měsíce:
"Server New Scientist uveřejnil 12. června, že hluboko pod zemskou kůrou byly objeveny obří rezervoáry vody o trojnásobném objemu všech povrchových moří a oceánů. Voda je uložena v polymorfním olivínu v hloubce 700 kilometrů pod zemským povrchem ve vrstvách horkých hornin zemského pláště."

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Překvapení

Josef Hrncirik,2017-05-06 13:14:48

Vyhnanci si ve sluneční peci z vhodných hornin či exkrementů či odpadní biomasy napálí vody, co hrdlo a vepřovice ráčí a místo slámy použijí vlákna z taveného čediče nebo vlasy z kadeřnictví ze slunečního koncentráku.
Vzduchovku sice lze nabít ze skafandru, ale lepší je pálit z větrovky
Crosman Benjamin Marauder Synthetic 6,35 mm, pochopitelně řádně stlačeným vodíkem získaným odpařením kapalného z paliva či z nádrží palivových článků či i jen plivnutím na tabletu CaH2 a rychlým uzavřením bombičky.
Zkoušeli ve vakuové komoře NSA nanopomleté vyžíhané horniny lisovat tlakem cca 1 GPa?

Odpovědět


Re: Překvapení

Vojta Ondříček,2017-05-06 03:02:34

Jo. Sklovina má tu nepěknou vadu, že vyžaduje pomalé temperování, jak ohřev, tak chlazení - teplotní dilatace obvykle sklovinu "naruší".

Jediný realizovatelný proces by byl ve formování sypkého, alektricky nabitého měsíčního prachu do cihlovitého objektu a jeho následný ohřev na teplotu zdlouhavého sintrování. Vzniklá cihlička je však porézní a nad to nemáme metodu, jak cihličky k sobě přilepit. Musely by asi být šroubovány.

Proto navrhuji vyvrtání obytných prostor pod povrchem Měsíce.

Jako provizorní alternativu bych si představil válcovité (tlakuvzdorné) buňky umístěné ve vyhrabaném příkopu a zasypané vrstvou měsíčního prachu a kamení. Měsíční habitát by měl snést vnitřní přetlak a ten nebude malý.

Je několik metod na vyrábění 3D tisků, ale ty vyžadují vesměs pozemní prostředí - temperovanou atmosféru (nemusí být kyslíkatá, ba naopak).

Odpovědět


Re: Re: Překvapení

Vojtěch Kocián,2017-05-06 07:50:24

Solární 3D tisk z písku v principu není problém, pokud nepotřebujete kvalitní sklo, ale stačí Vám jen něco s pevností pálené cihly.
Tady je jeden starší projekt, který se o to pokoušel v amatérských podmínkách.
http://www.markuskayser.com/work/solarsinter/

Odpovědět


Re: Re: Re: Překvapení

Josef Hrncirik,2017-05-06 10:41:32

, že si nezapamatovali poslední lekci.
V NDR se nám v Drážďanech chlubili, že rumiště po II.WW ev. jen mírně podrcené na místě slisovali do panelů mohutnými hydraulickými lisy a mohli začít znovu s čistým štítem a zcela ekologicky.
Zdá se, že bez opakování to nepůjde.

Odpovědět

Chystáte se stavět na Měsíci?

Vojta Ondříček,2017-05-05 22:16:27

Nic jednoduššího!
Pořiďte si 3D tiskárnu na cihly se solární spékáním a můžete se pustit do práce.

Jen zbývá vyřešit malý problémek a tím nemyslím zrovna maltu a kopání základů stavby, septik a studnu. Také nemyslím zrovna chlívek pro domácí zvířátka, neboť i na Měsíci potřebujeme čerstvé mléko a čerstvá vejce.

Stavební řízení, včetně povolení od ochranářů životního prostředí, od hasičů, od vodohospodářů ... se dá určitě narychlo zvládnout. Náklady na transport Země - Měsíc určitě vyváží nízká cena stavebních pozemků (pardon - stavebních polunků).

Buďme prvními, neboť " Je ostudné, že v roce 2017 ještě nemáme trvale osídlenou základnu na nejbližším vesmírném tělese."
My tam vlastně nemáme ani jediný kurník. Čím to vlstně je? Kdo to sabotuje? Objektivní potíže?

Odpovědět


Re: Chystáte se stavět na Měsíci?

Marek C,2017-05-06 00:47:20

https://www.youtube.com/watch?v=reWeRMluzT8
Kdysi v tvizi běžela zfilmovaná povídka výše zmíněného autora, kde popisoval stroj času založený na pouhé myšlence, jak by měla budoucnost vypadat, čímž se ona fiktivní budoucnost stala skutečností.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni