تواجه البعثات القمرية المستقبلية تحديًا أساسيًا: التكلفة العالية وصعوبة نقل المواد من الأرض. والآن، سيوضح مشروع جديد تدعمه وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) كيف يمكن أيضًا تحويل التربة القمرية – بعد إطلاق الأكسجين لدفع الصواريخ وربما الهواء لرواد الفضاء – إلى مركبات غنية بالمعادن يمكنها توصيل الكهرباء. يمكن تحويل هذا المركب إما إلى أحبار لطباعة الدوائر الإلكترونية أو مسحوق للطباعة ثلاثية الأبعاد للمكونات الأكبر.
يقود المعهد التكنولوجي الدنماركي المشروع، معتمدًا على خبرته المتخصصة في تصنيع المواد الموصلة وصياغة أحبار قابلة للطباعة ومساحيق معدنية – ويعمل مع شركة Metalis ومقرها المملكة المتحدة، وهي شركة رائدة عالميًا في اختزال الثرى القمري إلى أكسجين وعناصره المكونة، والتي توفر تربة قمرية مقلدة وغير مؤكسجة للتجارب.
يقول كريستيان دالسجارد، كبير المستشارين في المعهد التكنولوجي الدنماركي: “الابتكار الأساسي للمشروع هو تحويل الجزء الموصل من التربة القمرية، والذي يسمى أيضًا الثرى، إلى مادة قابلة للطباعة رقميًا. وهذا يفتح فرصًا جديدة تمامًا لتصنيع الإلكترونيات خارج الأرض للمهام الفضائية المستقبلية”.
ويحظى المشروع بدعم من كبار منتجي تكنولوجيا الطيران والدفاع، الذين يرون إمكانات كبيرة في هذه التكنولوجيا. تمثل القدرة على إنتاج أنظمة إلكترونية وظيفية مباشرة على القمر أو المريخ من خلال استخدام الموارد في الموقع (ISRU) خطوة مهمة وتحويلية نحو استكشاف الفضاء بشكل مستدام ومرن حقًا.
يجب سحق مادة محاكاة الثرى جيدًا باستخدام كرات طحن صلبة قبل استخدامها لطباعة المعادن والإلكترونيات.
يحتوي الثرى على 40-45 بالمائة من الأكسجين – وهو مرتبط كيميائيًا داخل الثرى، باستخدام عملية ميتاليس الحاصلة على براءة اختراع – التحليل الكهربائي للملح المصهور، يتم تسخين إلكتروليت كلوريد الكالسيوم إلى 800-1000 درجة مئوية، مع تطبيق جهد كهربائي بين الأقطاب الكهربائية مما يؤدي إلى تحرير الأكسجين.
يمكن التقاط هذا الأكسجين لاستخدامه في دفع الصواريخ، وبالتالي منذ عام 2019، تعمل شركة Metalis مع وكالة الفضاء البريطانية ووكالة الفضاء الأوروبية على مجموعة من المبادرات التي تركز على استخراج الأكسجين من الثرى القمري.
“تم تصميم عمليتنا في الأصل كطريقة بديلة لإنتاج التيتانيوم. هذه التكنولوجيا قابلة للتطبيق على ما يقرب من 50 عنصرًا في الجدول الدوري، وهي لا تعتمد على المواد الخام – لذا يمكنها معالجة الثرى القمري. ينصب تركيزنا المباشر على الأرض على مساحيق التنتالوم عالية الشحن وسبائك سكانديوم الألومنيوم لقطاع الإلكترونيات”، يوضح الدكتور إيان ميلور، دكتوراه في الطب وكبير العلماء في شركة ميتاليس.
بمجرد استخراج الأكسجين من الثرى، يبقى خليط من السبائك المعدنية، والتي يمكن استخدامها للإصلاحات والبناء. ومع ذلك، فإن هذه البقايا الغنية بالمعادن موصلة أيضًا، لذا يهدف المشروع إلى تحويلها إلى حبر للإلكترونيات المطبوعة ومسحوق للطباعة الموصلة ثلاثية الأبعاد – وكلاهما يمكن الاستفادة منهما في البيئات البعيدة عن الأرض.
يتناول المشروع قضية رئيسية في استكشاف الفضاء الحديث: التكلفة العالية والتعقيد اللوجستي لنقل المواد من الأرض.
يوضح كريستيان دالسجارد: “في كل مرة تريد إرسال كيلو إلى الفضاء، تحتاج إلى 15 كيلوجرامًا من الوقود لتحريكه. لذا، هناك ميزة هائلة في القدرة على استخدام المواد المحلية المتوفرة على القمر، على سبيل المثال لإصلاح الأجزاء المهمة”.
إن القدرة على تصنيع المكونات الإلكترونية محليًا على القمر أو المريخ تسمح للبعثات المستقبلية بتحقيق قدر أكبر من الاستقلالية وتقليل الاعتماد على الإمدادات من الأرض.
ولإثبات نجاح هذا المفهوم، سيقوم المعهد التكنولوجي الدنماركي وشركة ميتاليسيز بإنتاج مادة خام موصلة من الثرى المحاكي غير المؤكسج وإظهار استخدامها في الإلكترونيات المطبوعة – بطريقة يمكن تكرارها على القمر.
يقول أندرياس ويجي لارسن، متخصص الطباعة ثلاثية الأبعاد في المعهد التكنولوجي الدنماركي: “بهذه الطريقة، ننتج أحبارًا ومسحوقًا موصلًا ونختبر إمكانية استخدامه لتصنيع قطعة من الأسلاك الموصلة بشكل إضافي. ومن خلال القيام بذلك، نثبت أن المسحوق الموصل يمكن استخدامه على سبيل المثال لتصنيع هوائيات مباشرة على القمر”.
المواد التي تم تطويرها في المشروع لها تطبيقات واسعة – بدءًا من صيانة الروبوتات الكوكبية والتركيبات الكهربائية في الموائل إلى بناء شبكات الاتصالات على القمر والمريخ. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للتكنولوجيا أن تدعم البحث العلمي من خلال ضمان إمكانية إصلاح الأدوات والأنظمة أو تكييفها محليًا.
المشروع الذي تبلغ قيمته 155000 يورو هو ما يسمى بإثبات المفهوم ومن المتوقع أن يكون بداية لعدة مشاريع ومبادرات جديدة من المعهد التكنولوجي الدنماركي حيث سيساعد المتخصصون في إطلاق الإمكانات الهائلة للثرى الصخري كمواد خام للمكونات الكهربائية.
هذا المشروع هو تتم تحت أ برنامج من – و (بتمويل مشترك) من – وكالة الفضاء الأوروبية. الآراء الواردة في هذا البيان الصحفي هي آراء الشركات المشاركة ولا يمكن بأي حال من الأحوال أن تعكس الرأي الرسمي لوكالة الفضاء الأوروبية.
للتعديل: المستشار الأول كريستيان دالسجارد، المعهد التكنولوجي الدنماركي، الهاتف المحمول: +45 7220 2095، بريد إلكتروني: [email protected]
دكتوراه في الطب وكبير العلماء إيان ميلور، ميتاليسيس، إيمال: [email protected]
