Principal LuneLa vision de l'Europe d'une future base lunaire. Fabriqué en poussière de lune.

La vision de l'Europe d'une future base lunaire. Fabriqué en poussière de lune.

Lune : La vision de l'Europe d'une future base lunaire.  Fabriqué en poussière de lune.

Nous savons tous que le temps est écoulé pour une base lunaire. Mais le coût de l'envoi de tout ce dont la Terre a besoin pour construire une base est prohibitif. La gravité de la Terre est bien trop profonde et trop forte pour tout y arriver avec des fusées. Alors, quelle est la solution?

Selon l'ESA, la solution est la fabrication additive (AM) et l'utilisation des ressources in-situ (ISRU).

L’ESA est à la tête d’un projet visant à trouver des moyens d’utiliser le présent ou l’impression 3D aujourd’hui et à l’avenir pour rendre la base de Moon plus réaliste. Le projet s'intitule «Concevoir une base lunaire à l'aide des technologies d'impression 3D». Il s'agit du vieil esprit pionnier qui consiste à vivre de la terre, mais relancé avec une technologie moderne et avancée. AM et ISRU limiteront notre dépendance logistique vis-à-vis de la Terre et permettront de construire une bonne partie de la base d'une lune à partir des ressources disponibles sur la Lune; à savoir, la poussière de lune elle-même.

"L'impression 3D offre un moyen potentiel de faciliter la colonisation lunaire avec une logistique réduite de la Terre." - Scott Hovland de l'équipe de vols spatiaux habités de l'ESA.

Selon l'ESA, un large éventail de matériaux et d'équipements nécessaires à la fabrication d'une base lunaire peuvent être imprimés en 3D, quand et où cela est nécessaire. Des matériaux de construction aux panneaux solaires, en passant par les équipements et les outils, ainsi que les vêtements, pourraient potentiellement être imprimés en 3D sur la Lune. Il est possible que même les nutriments et les ingrédients alimentaires soient fournis par l’impression 3D.

L'impression 3D réduit non seulement le coût d'une base Moon, mais rend également l'ensemble de l'entreprise plus réactive et personnalisable. Le régolithe lunaire peut non seulement être utilisé pour fabriquer autant de structures et d'objets que possible, il peut également être utilisé pour recycler et réutiliser des objets rapportés de la Terre.

Le projet «Concevoir une base lunaire…» prévoit un plan en trois phases pour une base lunaire qui s'appuie fortement sur l'impression 3D:

  • Première phase: survivant. Cela aborde les bases nécessaires pour permettre à un petit équipage de survivre sur la Lune, comme des quartiers d'habitation.
  • Phase deux: durable. La base lunaire sera élargie pour inclure davantage de quartiers d’équipage, de zones de fabrication et d’installations de recherche.
  • Phase trois: opérationnelle. Au cours de cette phase, la base lunaire est pleinement opérationnelle et construite pour l’habitation à long terme.

«Les procédés d'impression sélectionnés permettraient de recycler les matériaux disponibles à différentes fins», explique Antonella Sgambati, de OHB System AG, qui gère le projet. «Un autre avantage majeur de l'impression 3D, appelée également fabrication additive, réside dans l'ampleur des options de conception qu'elle permet. Les composants, les produits et le processus d'impression lui-même peuvent être repensés en fonction de leur utilisation finale prévue dans la base lunaire. Des décisions peuvent être prises sur la meilleure façon de lier les matériaux disponibles au matériel à imprimer. ”

Les racines du projet remontent à 2013, lorsque l'ESA a engagé un cabinet d'architectes pour concevoir une structure capable de résister à l'environnement lunaire. Le kicker était qu'il devait être fabriqué à partir d'un sol lunaire, ou dans ce cas, un sol lunaire simulé. Le cabinet d'architecture Foster and Partners a construit un bloc de construction de 1, 5 tonne. Le bloc de construction était une structure cellulaire fermée et creuse semblable aux os d'oiseaux.

Ce bloc de démonstration de 1, 5 tonne a été construit à partir d’un sol lunaire simulé. Crédit d'image: ESA.

«En tant que pratique, nous sommes habitués à concevoir pour des climats extrêmes sur Terre et à exploiter les avantages environnementaux liés à l'utilisation de matériaux locaux et durables», a déclaré Xavier De Kestelier du groupe de modélisation spécialiste Foster + Partners. "Notre habitation lunaire suit une logique similaire."

Des chercheurs de l'ESA expérimentent des régolithes lunaires simulés pour imprimer en 3D de petits objets tels que des vis, des engrenages et même une pièce de monnaie. Le régolithe n'est pas trop difficile à simuler et contient des éléments tels que le silicium, l'aluminium, les oxydes de calcium et de fer. La présence de ces matériaux signifie que le régolithe peut être façonné en formes utilisables.

Des chercheurs de l'ESA ont utilisé un régolithe lunaire simulé pour imprimer en 3D des objets tels que des vis, des engrenages et même une pièce de monnaie. Crédit d'image: ESA – G. Porter, CC BY-SA 3.0 IGO

Bien sûr, ce n’est pas aussi simple que de verser de la poussière de lune sur une imprimante, puis de sortir des objets indispensables. D'abord, le régolithe lunaire simulé est broyé à la taille des particules. Ensuite, il est mélangé avec un liant qui réagit à la lumière. L'objet est imprimé à partir du mélange obtenu, puis exposé à la lumière pour le durcir, puis cuit au four. Selon l'ESA, le produit fini ressemble à un morceau de céramique Moon-dust.

Bio-impression 3D

L'une des utilisations potentielles les plus intéressantes de l'impression 3D dans l'exploration spatiale est le domaine des soins médicaux, appelé «bio-impression». Les astronautes qui sont allés sur la Lune pour les missions Apollo ont été partis pendant environ 12 jours et ont emporté avec eux une petite trousse de premiers soins. Mais pour le type de séjours à long terme que les astronautes à la base de la Lune vont supporter, un plus grand niveau de soins médicaux sera probablement nécessaire.

«Nous demandons de quoi les astronautes auraient besoin à court, moyen et long terme et quelles étapes sont nécessaires pour que la bioimpression 3D devienne suffisamment performante dans l'espace.» - Tommaso Ghidini, responsable des structures, des mécanismes et de l'ESA à l'ESA Division des matériaux.

L’ESA étudie l’impression 3D et ses solutions pour aider à fournir des soins médicaux aux astronautes sur la Lune ou ailleurs. Les astronautes s'aventurant dans l'espace pourraient recevoir des traitements médicaux utilisant une peau, des os et - un jour - des organes entiers, imprimés en 3D, selon un groupe d'experts en bioprinting 3D qui s'est réuni lors d'un atelier de l'ESA sur l'impression 3D médicale.

Cette idée tourne autour de l'idée de «bio-encres». Ils sont basés sur des cellules humaines, ainsi que sur les nutriments et les matériaux nécessaires à la régénération de tissus tels que la peau, les os et le cartilage. Plus loin dans l’avenir, il y a l’idée d’imprimer des organes entiers. C'est assez spéculatif à ce stade, mais l'impression 3D médicale y parviendra probablement à un moment donné.

«Nous demandons ce dont les astronautes auraient besoin à court, moyen et long terme et quelles étapes sont nécessaires pour que la bioimpression 3D atteigne un niveau où elle puisse être utile dans l'espace», a déclaré Tommaso Ghidini, responsable des structures, des mécanismes à l'ESA, et Division des matériaux. "Nous définissons une feuille de route et un calendrier de développement, dans le but que ce groupe devienne un groupe de travail scientifique à l'avenir, favorisant les progrès."

Cet os imprimé en 3D utilise des céramiques de phosphate de calcium et du plasma humain pour produire du tissu osseux. Crédit d'image: N. Cubo (Technische Universität Dresden); T. Ahlfeld (Technische Universität Dresden) et al., Manuscrit en préparation

La bio-impression 3D permet à des équipages isolés dans l'espace de se préparer à un plus grand nombre de situations d'urgence qu'avec la technologie actuelle. Dans l’espace, sur la Lune ou sur une autre planète, l’espace à l’intérieur des quartiers résidentiels est très recherché. Un centre médical entièrement approvisionné est un luxe que les astronautes n'auront probablement pas les moyens d'acheter. L’ESA utilise une brûlure comme exemple pour illustrer les avantages de la bio-impression 3D.

Les brûlures graves sont généralement traitées à l'aide de greffes de peau provenant d'un autre organe du corps du patient. Cela implique une lésion secondaire de la zone greffée, loin d'être idéale lorsque les recherches montrent que l'environnement orbitaire rend les plaies plus difficiles à cicatriser. Au lieu de cela, une nouvelle peau pourrait être cultivée et bioimprimée à partir des cellules du patient, puis transplantée directement.

Enthousiasme de la base lunaire

L’ESA suscite de plus en plus d’enthousiasme pour une base lunaire. C’est la prochaine étape logique et complète la passerelle Deep Space en tant que point de départ pour une exploration plus approfondie du système solaire. Il existe toute une série de technologies qui font avancer l'entreprise, dont la fabrication additive ou l'impression 3D n'en est qu'une. Mais pour l'instant, la plupart de ces technologies doivent être testées ici sur Terre, dans des environnements simulant des aspects importants de l'environnement lunaire.

Certaines de ces technologies sont en cours d’essai sur la base Pangaea-X Moon de l’ESA, située à Lanzarote, dans les îles Canaries. Lanzarote est le cadre idéal pour tester certains aspects géologiques d'une mission sur la Lune ou sur Mars. Plus précisément, il testera des technologies permettant de prélever des échantillons de roche.

La base de la lune Pangea-X, à Lanzarote, dans les îles Canaries. Crédit d'image: ESA A. Roméo

Même quelque chose qui semble aussi simple que de prélever des échantillons de roche est confondu avec de multiples difficultés dans un environnement spatial. En particulier, les retards de communication peuvent rendre tout plus difficile. La semaine dernière, une expérience appelée Analog-1 a testé les aspects scientifiques, opérationnels et de communication d’une mission exploratoire. L'astronaute de l'ESA Matthias Maurer sera situé à Pangea-X et pilotera à distance un rover situé aux Pays-Bas. Pour ce faire, il utilisera une technologie appelée Electronic Field Book.

Le livre de terrain électronique est un outil qui intègre le positionnement en temps réel, le partage de données, le chat vocal et bien plus encore. C'est un essai à blanc pour une expérience que l'astronaute de l'ESA Luca Parmitano réalisera l'année prochaine à partir de la Station spatiale internationale. Le Field Book permet aux scientifiques experts de guider les astronautes dans la collecte des meilleurs échantillons.

Qu'il s'agisse de l'impression 3D de structures, de l'impression 3D biomédicale ou de toutes les autres technologies à développer et à perfectionner, il est clair que l'ESA a les yeux rivés sur la base de la Lune.

Sources:

  • Communiqué de presse de l'ESA: Future Moon Base
  • Communiqué de presse de l'ESA: base Pangea-X Moon
  • Communiqué de presse de l'ESA: Étude en 3D de la peau, des os et des parties du corps pour les futurs astronautes
  • Communiqué de presse de l'ESA: Construire une base lunaire avec l'impression 3D
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