Eksploracja Księżyca będzie wymagała maksymalnego korzystania z jego zasobów – np. księżycowej „gleby”, czyli regolitu. Zespół badaczy z Wydziału Mechanicznego PWr, kierowany przez dr. hab. inż. Damiana Pietrusiaka, prof. uczelni, we współpracy z wrocławską spółką Four Point opracował koncepcję urządzenia do jego przesiewania/sortowania, które pozwoli wykorzystywać najdrobniejsze ziarna do produkcji regolitowych cegieł. Licencję na to rozwiązanie wykupiła amerykańska firma Astroport Space Technologies.

Koncepcja urządzenia powstała jako jedna z technologii w ramach dużego projektu przygotowania lądowiska do startów i lądowań na Księżycu. Zleciła go NASA, a zadania podjęła się amerykańska firma Astroport Space Technologies.

Opracowanie (tzw. concept of operations) ma objąć szczegółowy opis stałej infrastruktury koniecznej do ciągłych operacji na powierzchni Srebrnego Globu – w tym transportu, wydobycia zasobów i potencjalnej działalności przemysłowej.

Idea jest taka, by maksymalnie wykorzystać to, co jest dostępne na miejscu (to tzw. ISRU, czyli In-Situ Resources Utilization). Dlatego księżycowy regolit jest tu przewidziany jako materiał budowalny. Astroport Space Technologies opracował już technologię spiekania drobnych cząstek tej skały i kształtowania w płyty/cegły do budowy – w tym przypadku – księżycowego lądowiska (to technologia o nazwie Lunatron Bricklayer).

Konieczne będzie jednak odpowiednie przygotowanie materiału do całego procesu – czyli odsianie drobnych ziaren księżycowej skały od większych kamieni.

– W warunkach ziemskich do takiego procesu sortowania wykorzystujemy wodę, powietrze albo po prostu korzystamy z grawitacji. To nie są rozwiązania, które możemy brać pod uwagę na Księżycu – ze względu na brak dostępu do wody czy też brak atmosfery– tłumaczy dr hab. inż. Damian Pietrusiak, prof. uczelni z Katedry Konstrukcji Badań Maszyn i Pojazdów na Wydziale Mechanicznym.

Badacz wspólnie z dr. hab. Przemysławem Moczko, prof. uczelni i dr. inż. Jakubem Wróblem – we współpracy z wrocławską spółką Four Point – przygotował koncepcję urządzenia, które do sortowania regolitu wykorzysta tylko siłę odśrodkową. Urządzenie działać będzie niezależnie od grawitacji (która na Księżycu wynosi około 1/6 grawitacji ziemskiej), co otwiera pole do zastosowania na dowolnej planecie czy też niewielkich asteroidach, gdzie grawitacji właściwie brak.

– Nasz separator ma odśrodkowy wirnik, co jest oczywiście rozwiązaniem na pierwszy rzut oka podobnym do wielu innych. Nowością jest to, że zintegrowaliśmy bęben ze spiralą w środku – opowiada prof. Pietrusiak. – W środku obracającego się stożkowego bębna znajduje się spirala, także się obracająca, z tą samą prędkością. Dzięki temu większe cząstki regolitu trafią na spiralę i przebędą na niej całą ścieżkę, aż na dół sortera. Natomiast te drobne zostaną wyrzucone na ściany stożka i poprzez niewielkie otwory w jego powierzchni trafią do zbiornika na zewnątrz. 

W ten sposób urządzenie pozwoli oddzielić osobne frakcje regolitu: drobny pył – do spiekania cegieł/płyt oraz grubsze jako materiał do podkładów konstrukcyjnych lub do wypełniania worków do budowy wału ochronnego wokół lądowiska (w technologii RegoPac – także opracowanej przez Astroport Space Technologies).

– Separator w przyszłości mógłby także posłużyć w procesach przesiewania odpowiednich frakcji regolitu do np. pozyskiwania z niego tlenu czy produkcji metali – dodaje prof. Pietrusiak. – Widzimy dla niego także potencjalne zastosowania na Ziemi jako urządzenia do przesiewania w miejscach np. o ograniczonym dostępie do wody.

Wspólny wynalazek zespołu z Wydziału Mechanicznego i firmy Four Point jest już chroniony zgłoszeniem patentowym (jako „Wirnik separatora odśrodkowego i sposób przesiewania materiałów sypkich w seperatorze odśrodkowym*”). Astropost Space Technologies wykupiła licencję na jego wykorzystanie i obecnie planuje pierwsze testy na prostych modelach urządzenia.

– A my jednocześnie złożyliśmy wnioski na granty, by móc rozwijać prototypy naszego urządzania – opowiada prof. Pietrusiak. – Badania eksperymentalne są konieczne, by określić np. optymalną wydajność separatora, miejsca, gdzie potencjalnie może dochodzić do zatykania urządzenia itd. Zatem przed nami jeszcze sporo pracy, ale już teraz widzimy duże zainteresowanie tym rozwiązaniem. Opowiadaliśmy o nim m.in. w USA czy w Luksemburgu, w tamtejszym European Space Resources Innovation Center.

*Zgłoszenie patentowe PCT/PL2023/050070.

Proces licencjowania wynalazku wspiera Wrocławskie Centrum Transferu Technologii Politechniki Wrocławskiej. Z ofertą technologiczną rozwiązania można się zapoznać na stronie centrum.

Lucyna Róg