Phát triển và thử nghiệm công nghệ xây đường cao tốc trên Mặt trăng

Zhou Siqi, tác giả chính của bài báo về dự án được đăng trên Tạp chí Đường cao tốc và Giao thông Trung Quốc, cho biết: “Tôi thường mơ ước xây dựng một con đường trên Mặt trăng”.

Trò chuyện qua điện thoại với tờ South China Morning Post, Zhou Siqi nói rằng, dù có các công nghệ phức tạp liên quan, "khung cảnh tại công trường xây dựng có thể khá đơn giản, với một tay robot hút bụi Mặt trăng và đặt gạch bằng tay kia".

Được dẫn dắt bởi Giáo sư Li Feng, Zhou Siqi (ứng cử viên tiến sĩ tại Trường kỹ thuật và khoa học giao thông của Đại học Hàng không và Vũ trụ Bắc Kinh) cùng các đồng nghiệp của cô đã chuyển sang một geopolymer được phát hiện vào những năm 1950 để giải quyết vấn đề xây dựng cơ sở hạ tầng trên Mặt trăng.

Geopolymer là sản phẩm của quá trình phản ứng giữa vật liệu có nguồn gốc silic và nhôm với dung dịch kiềm. Vật liệu này có thể thay thế xi măng trong bê tông.

Viktor Glukovsky (nhà khoa học Liên Xô) đã vô tình bắt gặp vật liệu, ban đầu được gọi là xi măng trộn đất, trong một phản ứng vật lý - hóa học kỳ lạ biến bột đá mềm thành một vật liệu cứng giống như gốm.

Không giống xi măng thông thường cần liên kết với lượng nước tương đương với trọng lượng của nó, geopolymer chỉ cần một lượng nhỏ để tạo điều kiện phản ứng giữa bột đá và natri hydroxit - loại hóa chất rẻ tiền dùng để xả các đường ống bẩn.

Khi gạch cứng lại, quá trình hóa học giải phóng tất cả phân tử nước được thu thập để tái sử dụng trong giai đoạn tiếp theo của chu kỳ sản xuất - khiến nó có thể lát một con đường giữa các tiền đồn Mặt trăng.

Các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đã đưa ra nhiều đề xuất trong nhiều thập kỷ về cách xây dựng cơ sở hạ tầng trên Mặt trăng, bao gồm làm tan bụi Mặt trăng ở nhiệt độ cực cao và thu thập lưu huỳnh từ lớp đất mặt để làm xi măng.

Thế nhưng, một số nhà khoa học vũ trụ đã cho rằng vấn đề khó giải quyết đến mức vượt quá khả năng của con người. Thay vào đó, họ cho biế các chính phủ nên tìm ra những giải pháp thay thế thiết thực hơn, chẳng hạn như trạm Mặt trăng di động, hệ thống vận chuyển bằng đá, xe địa hình mạnh hơn hoặc thậm chí là cáp treo.

Nhóm của Zhou Siqi đã kết hợp vật liệu từ thời Chiến tranh Lạnh với công nghệ in 3D và thử nghiệm với đất Mặt trăng mô phỏng để tìm ra công thức phù hợp cho đường cao tốc trên đó, có thể mang lại một chuyến đi nhanh chóng, an toàn, không có bụi trên bề mặt của nó.

Bụi mịn Mặt trăng không chỉ làm cho bánh xe trượt mà còn có thể chặn các tấm pin mặt trời và làm hỏng thiết bị khi nó lắng xuống.

Xe chạy trên Mặt trăng của sứ mệnh Apollo chỉ đạt tốc độ 18km/h trên địa hình tương đối bằng phẳng. Một phương tiện không người lái, chẳng hạn như xe trượt Yutu của Trung Quốc, phải đi bằng tốc độ dưới 200m mỗi giờ để tránh gặp phải cạm bẫy hoặc đá.

Theo các nhà khoa học, kết quả nghiên cứu sơ bộ của họ cho thấy có thể xây dựng một con đường trên Mặt trăng.

Đã có những trở ngại - thêm quá nhiều nước khiến thành phẩm cuối cùng quá mềm, trong khi không đủ khiến nó dính và làm kẹt máy in robot. Họ cũng phát hiện ra rằng chỉ cần sản xuất geopolymer vào các thời điểm khác nhau trong ngày là đủ để thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng đến chất lượng của nó.

Zhou Siqi cho biết mất khoảng 20 phút để sản xuất một viên gạch trong phòng thí nghiệm bằng máy in 3D cỡ máy tính để bàn, nhưng quá trình này sẽ nhanh hơn nhiều với một chiếc máy được mở rộng quy mô cho dự án xây dựng.

Một cấu trúc rỗng được thiết kế tốt cũng sẽ giảm tiêu thụ vật liệu và tăng năng suất.

Theo các nhà nghiên cứu, natri hydroxit chiếm ít hơn 1% nguyên liệu cần thiết. Họ cho biết nó có thể được cung cấp từ Trái đất hoặc được sản xuất trên Mặt trăng, nơi có lượng natri dồi dào.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng việc thêm 1/3 gam nước vào mỗi gam đất Mặt trăng, ở nhiệt độ làm việc là 80 độ C, làm cho gạch đủ chắc để lưu thông trên đường mà không làm tắc máy in.

Song ước mơ xây dựng một con đường trên Mặt trăng của Zhou Siqi phải đối mặt với sự không chắc chắn lớn. “Chúng tôi không biết chắc liệu có nước trên Mặt trăng hay không”, cô nói.

Dữ liệu viễn thám và mô hình máy tính đã gợi ý rằng có băng ở đáy của một số miệng núi lửa sâu nằm vĩnh viễn trong bóng tối gần cực nam Mặt trăng.

Trong vài năm tới, Trung Quốc có kế hoạch thực hiện một số cuộc thám hiểm bằng robot vào khu vực này để tìm kiếm bằng chứng trực tiếp.

Trung Quốc đã hợp tác với Nga để xây dựng một trạm nghiên cứu quốc tế trên Mặt trăng mà họ dự định sẽ thiết lập và vận hành trong khoảng một thập kỷ, nhưng bước đầu tiên sẽ là xác định vị trí và đảm bảo nguồn cung cấp nước.

Một lò phản ứng hạt nhân không gian có khả năng tạo ra một megawatt điện cũng đang được phát triển để cung cấp nguồn năng lượng dồi dào và ổn định cho khu định cư trên Mặt trăng.