Cosmic ResearchCosmic ResearchКосмические исследования0023-42063034-5502The Russian Academy of Sciences67283210.31857/S0023420624050111IGVIDAArticlesСтатьиResearch ArticleИзучение свойств образцов из имитатора лунного реголита, полученных методом селективного лазерного сплавленияИзучение свойств образцов из имитатора лунного реголита, полученных методом селективного лазерного сплавленияКимА. А.
Russian Federation
tatiana@imash.ac.ruЛысенкоА. М.
Russian Federation
tatiana@imash.ac.ruТомилинаТ. М.
Russian Federation
tatiana@imash.ac.ruИнститут машиноведения им. А.А. Благонравова РАН0612202462554255127022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0023-4206/article/view/672832

В статье представлены результаты экспериментального исследования прочностных свойств опытных образцов, полученных методом лазерного сплавления из порошковых композиций имитатора лунного реголита на основе габбро-диабаза. Порошковые композиции с диапазоном фракций 50…10 мкм и 100…140 мкм были подготовлены путем просеивания имитатора с гранулометрическим распределением частиц как у природного реголита. На опытных образцах с характерными размерами 7.5×5×6 мм3 исследованы их свойства: объемная плотность, твердость и прочность при сжатии на разных режимах сплавления. Получена зависимость этих свойств от объемной плотности подводимой энергии в диапазоне от 12 до 25 Дж/мм3. Измеренная твердость по Виккерсу опытных образцов, сплавленных из композиции 50…100 мкм, имела диапазон 691…830 HV, образцы из композиции 100…140 мкм имели более широкий диапазон: 330…830 HV. Максимальные значения прочности на сжатие для образцов из обеих композиций достигали 17…20 МПа при медианных значениях 12 и 17 МПа для первой и второй композиции соответственно. Указанные значения в достаточной степени соответствуют тем, которые могли бы быть получены при переработке лунных ресурсов in-situ.

В статье представлены результаты экспериментального исследования прочностных свойств опытных образцов, полученных методом лазерного сплавления из порошковых композиций имитатора лунного реголита на основе габбро-диабаза. Порошковые композиции с диапазоном фракций 50…10 мкм и 100…140 мкм были подготовлены путем просеивания имитатора с гранулометрическим распределением частиц как у природного реголита. На опытных образцах с характерными размерами 7.5×5×6 мм3 исследованы их свойства: объемная плотность, твердость и прочность при сжатии на разных режимах сплавления. Получена зависимость этих свойств от объемной плотности подводимой энергии в диапазоне от 12 до 25 Дж/мм3. Измеренная твердость по Виккерсу опытных образцов, сплавленных из композиции 50…100 мкм, имела диапазон 691…830 HV, образцы из композиции 100…140 мкм имели более широкий диапазон: 330…830 HV. Максимальные значения прочности на сжатие для образцов из обеих композиций достигали 17…20 МПа при медианных значениях 12 и 17 МПа для первой и второй композиции соответственно. Указанные значения в достаточной степени соответствуют тем, которые могли бы быть получены при переработке лунных ресурсов in-situ.

Российский научный фондRussian Science Foundation22-22-00840Митрофанов И.Г., Зеленый Л.М. Об освоении Луны. Планы и ближайшие перспективы // Земля и Вселенная. 2019. № 4. С. 16–37. DOI: 10.7868/S0044394819040029.Lin T.D., Love H., Stark D. Physical properties of concrete made with Apollo 16 lunar soil sample // 2nd Conf. On Lunar Bases & Space Activities. 1987. P. 483–487.Hashimoto A. Evaporation metamorphism in the early nebula – evaporation experiments on the melt FeO-MgO-SiO2-CaO-Al2O3 and chemical fractionations of primitive materials // Geochemical J. 1983. V. 17. Art.ID. 111.Mishulovich A., Lin T.D., Tresouthick S.W. et al. Lunar cement formulation // Kaden R.A. (ed.): SP-125: Lunar Concrete. American Concrete Institute. 1991. P. 255–264.Swint D.O., Schmidt S.R. Optimizing lunar concrete // Kaden R.A. (ed.): Lunar Concrete. American Concrete Institute. 1991. P. 41–56.Omar H.A. Production of lunar concrete using molten Sulphur // Final Research Report for JoVe NASA Grant NAG8 – 278. 1993. http://wayback.archive-it.org/1792/20100201064830/http://hdl.handle.net/ 2060/19980001900Vaniman D., Pettit D., Heiken G. Uses of lunar sulfur // NASA. Johnson Space Center, 2nd Conf. on Lunar Bases and Space Activities of the 21st Century. 1992. P. 429–435.Grugel R. N., Toutanji H. Sulfur concrete for lunar applications – sublimation concerns // Advances in Space Research. 2008. V. 41. Iss. 1. P. 103–112. DOI: 10.1016/j.asr.2007.08.018Toutanji H., Glenn-Loper B., Schrayshuen B. Strength and durability performance of waterless lunar concrete // 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting & Exhibit AIAA. 2005. DOI: 10.2514/6.2005-1436Koh S.W., Yoo J., Bernaold L.E. et al. Experimental study of waterless concrete for lunar construction // Earth & Space 2010: Engineering, Construction, and Operations in Challenging Environments. 2010. P. 1098–1102. DOI: 10.1061/41096(366)102Faierson E.J., Logan K.V. Potential ISRU of lunar regolith for planetary habitation applications // Badescu V. (ed.): Moon: Prospective Energy and Material Resources. Springer. 2012. DOI: 10.1007/978-3-642-27969-0_9Gualtieri T., Bandyopadhyay A. Compressive deformation of porous lunar regolith // Mater. Lett. 2015. V. 143. P. 276–278. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2014.11.153Indyk S.J., Benaroya H. A structural assessment of unrefined sintered lunar regolith simulant // Acta Astronaut. 2017. V. 140. P. 517–536. https://doi.org/10.1016/j. actaastro.2017.09.018Томилина Т.М., Ким А.А., Лисов Д.И. и др. Эксперимент «Лунный-принтер» по лазерному сплавлению лунного реголита в космическом проекте «Луна-грунт» // Косм. исслед. 2023. Т. 61. № 4. С. 311–321. DOI: 10.31857/S0023420622600313.Ким А.А., Лысенко А.М., Томилина Т.М. Получение изделийиз лунного реголита с помощью аддитивных технологий // Науч. тр. 6-ой международной научно-технической конференции «Живучесть и конструкционное материаловедение» (Живком-2022). 2022. С. 151–154. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=50230062 ; https://ssms-imash.com/images/Proceedings%20ZHIVKOM-2022.pdfТомилина Т.М., Ким А.А., Лисов Д.И. и др. Лабораторные испытания селективного лазерного сплавления имитаторов лунного реголита с различными гранулометрическими свойствами // Косм. исслед. 2024. Т. 62. № 5.Goulas A., Binner J.G.P., Engstrom D.S. et al. Mechanical behaviour of additively manufactured lunar regolith simulant components // Proc IMechE Part L: J Materials: Design and Applications. 2018. P. 1–16. DOI: 10.1177/1464420718777932Caprio L., Demir A.G., Previtali B. et al. Determining the feasible conditions for processing lunar regolith simulant via laser powder bed fusion // Additive Manufacturing. 2020. V. 32. Art.ID. 101029. https://doi.org/10.1016/j.addma.2019.101029