การส่งวัสดุก่อสร้างอย่างคอนกรีต เหล็กเส้น หรืออิฐขึ้นสู่อวกาศด้วยจรวด มีต้นทุนมหาศาลจนไม่สามารถสร้างฐานทัพขนาดใหญ่บนดวงจันทร์ได้ ทางออกเดียวที่วิศวกรรมการก่อสร้างนอกโลก (Off-world Construction) ให้ความสำคัญในโครงการ Artemis คือการนำดินและฝุ่นบนดวงจันทร์มาเป็นวัตถุดิบหลัก ผ่านเทคโนโลยี การพิมพ์ 3 มิติขนาดใหญ่ (Large-Scale 3D Printing) และการเผาผนึกด้วยเลเซอร์ เพื่อสร้างโดมบังเกอร์ ลานจอดจรวด และถนนเชื่อมต่อฐานที่พักอาศัยอย่างยั่งยืน
ภัยคุกคามบนดวงจันทร์: ทำไมต้องสร้างเกราะหนาหลายเมตร?
บนพื้นผิวดวงจันทร์ไม่มีชั้นบรรยากาศหนาแน่นคอยปกป้องเหมือนบนโลก โครงสร้างที่มนุษย์จะเข้าไปอยู่อาศัยจึงต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อมสุดขั้วรอบด้าน
- อุณหภูมิที่เหวี่ยงอย่างรุนแรง
พื้นผิวมีอุณหภูมิพุ่งสูงกว่า 120 องศาเซลเซียสในเวลากลางวัน และดิ่งลงต่ำถึง -130 องศาเซลเซียสในเวลากลางคืน (หรือ -240 องศาเซลเซียสในหลุมเงามืดถาวร) โครงสร้างจึงต้องเป็นฉนวนกันความร้อนที่ทนทานต่อการขยายและหดตัวซ้ำ ๆ - การพุ่งชนของอุกกาบาตขนาดจิ๋ว (Micrometeorites)
สะเก็ดหินในอวกาศพุ่งชนพื้นผิวดวงจันทร์ด้วยความเร็วหลายหมื่นกิโลเมตรต่อชั่วโมงอย่างต่อเนื่องโดยไม่มีอากาศคอยเผาไหม้ เกราะป้องกันจึงต้องมีความเหนียวและหนาแน่นพอที่จะสลายพลังงานจลน์ - รังสีคอสมิกและอนุภาคสุริยะ
จำเป็นต้องมีชั้นดินเรโกลิธ (Regolith) ปกคลุมทับโครงสร้างหนาอย่างน้อย 1 ถึง 3 เมตร เพื่อลดทอนระดับรังสีให้อยู่ในเกณฑ์ที่ปลอดภัยต่อดีเอ็นเอของนักบินอวกาศตลอดการประจำการระยะยาว
https://www.youtube.com/watch?v=F_fW7B3Xf3g
วิทยาการพิมพ์ 3 มิติด้วยดินเรโกลิธ: จากผงฝุ่นสู่หินแกร่ง
วิศวกรได้พัฒนาเทคโนโลยีแปรรูปฝุ่นดินดวงจันทร์ (Lunar Regolith) ให้กลายเป็นบล็อกคอนกรีตนอกโลกโดยไม่ต้องใช้น้ำจำนวนมหาศาล
กระบวนการเผาผนึกด้วยเลเซอร์และไมโครเวฟ (Sintering)
แทนที่จะผสมปูนซีเมนต์ หุ่นยนต์แขนกลเคลื่อนที่จะยิงลำแสงเลเซอร์ความเข้มข้นสูงหรือคลื่นไมโครเวฟลงบนชั้นผงดินเรโกลิธ ความร้อนที่แตะจุดหลอมเหลวจะทำให้ขอบของอนุภาคฝุ่นซิลิกาและแร่เหล็กหลอมละลายเชื่อมเข้าหากันจนแข็งตัวเป็นเนื้อเดียว ทำซ้ำทีละชั้น (Layer-by-layer) จนขึ้นรูปเป็นกำแพงหนาได้ตามต้องการ
บริษัทอย่าง ICON ร่วมมือกับ NASA ในโครงการ Project Olympus กำลังพัฒนาเครื่องพิมพ์ 3 มิติอัตโนมัติที่สามารถติดตั้งบนตัวรถโรเวอร์ เพื่อเดินทางไปสร้างโครงสร้างพื้นฐานล่วงหน้าก่อนที่มนุษย์จะเดินทางไปถึง
สถาปัตยกรรมฐานทัพ: โดมเป่าลมคลุมด้วยเกราะหินพิมพ์ลาย
แนวคิดที่ได้รับการยอมรับสูงสุดในปัจจุบันไม่ใช่การสร้างอาคารด้วยดินพิมพ์เพียงอย่างเดียว แต่เป็นการผสานโครงสร้างสองระบบเข้าด้วยกัน
| ชั้นโครงสร้าง | วัสดุและวิธีการติดตั้ง | บทบาทหน้าที่หลัก |
|---|---|---|
| ชั้นภายใน (Inflatable Module) | โมดูลผ้าใบโพลีเมอร์พับเก็บได้ บินขึ้นไปกับจรวดแล้วเป่าลมขยายตัว | ทำหน้าที่เป็นถังควบคุมความดัน รักษาบรรยากาศ 1 atm สำหรับการอยู่อาศัย |
| ชั้นภายนอก (3D-Printed Shell) | หุ่นยนต์พิมพ์ดินเรโกลิธครอบทับโครงสร้างเป่าลมเป็นรูปโดมรังผึ้ง | ป้องกันสะเก็ดอุกกาบาต กั้นรังสีอวกาศ และเป็นฉนวนรักษาอุณหภูมิคงที่ |
| ลานจอดจรวด (Landing Pads) | แผ่นหินเผาผนึกผิวเรียบ ทนความร้อนสูงจากเปลวไอพ่น | ป้องกันไม่ให้แรงขับดันของเครื่องยนต์เป่าฝุ่นหินกระจายไปทำลายแผงโซลาร์เซลล์ |
การเปลี่ยนฝุ่นดินที่อันตรายบนดวงจันทร์ให้กลายเป็นเกราะกำแพงที่พักอาศัย คือหมุดหมายสำคัญของการสร้างอารยธรรมนอกโลก ซึ่งจะกลายเป็นพิมพ์เขียวมาตรฐานในการสร้างเมืองแห่งแรกของมนุษยชาติบนดาวอังคารในอนาคต