Preliminary feasibility analysis of microwave sintering of lunar regolith simulant at glass softening temperature

• Autorzy: Kaczmarzyk Marcin , Kołodziejczyk Agata , Baścik Julia , Wojtowicz Monika , Wójcik Alicja , Ziobro Damian , Sudoł Justyna , Rusnak Sebastian , Sowiński Michał

Identyfikatory

DOI

10.15199/33.2025.06.14

Warianty tytułu

PL

Wstępna analiza możliwości mikrofalowego spiekania symulantu księżycowego regolitu w temperaturze mięknienia szkła

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

This paper presents the course of an experiment aimed at verifying the possibility of consolidating a lunar regolith simulant by microwave sintering at the softening temperature of glass. A properly prepared mixture of glass and pumice placed in steel molds inside a hot pot microwave crucible was used as the simulant. The obtained specimens were subjected to macroscopic visual inspection both before and after compressive strength testing. Satisfactory results were obtained, confirming the formulated thesis. At the same time, the need to refine the sintering process in order to obtain samples with the desired reproducible parameters was pointed out.

PL

W artykule przedstawiono przebieg eksperymentu, którego celem była weryfikacja możliwości konsolidowania symulantu księżycowego regolitu przez mikrofalowe spiekanie w temperaturze mięknienia szkła. Jako symulant wykorzystano odpowiednio przygotowaną mieszankę szkła i pumeksu umieszczoną w stalowych formach wewnątrz tygla mikrofalowego typu Hot Pot. Uzyskane próbki poddano makroskopowym oględzinom zarówno przed, jak i po przeprowadzeniu badania wytrzymałości na ściskanie. Uzyskano satysfakcjonujące rezultaty potwierdzające sformułowaną tezę. Wskazano jednocześnie na konieczność dopracowania procesu spiekania w celu uzyskiwania próbek o żądanych, powtarzalnych parametrach.

Słowa kluczowe

EN

lunar regolith; simulant; microwave sintering; glass softening; compressive strength

PL

regolit księżycowy; symulant; spiekanie mikrofalowe; mięknięcie szkła; wytrzymałość na ściskanie

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Materiały Budowlane
• Rocznik: 2025
• Tom: nr 6
• Strony: 122--127
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Kaczmarzyk Marcin

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury

• https://orcid.org/0000-0001-5605-5279

autor

Kołodziejczyk Agata

• Akademia Górniczo‑Hutnicza, Wydział Technologii Kosmicznych

• https://orcid.org/0000-0002-7030-3555

autor

Baścik Julia

• Akademia Górniczo‑Hutnicza, Wydział Technologii Kosmicznych

autor

Wojtowicz Monika

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury

autor

Wójcik Alicja

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury

autor

Ziobro Damian

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury

autor

Sudoł Justyna

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury

autor

Rusnak Sebastian

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury

autor

Sowiński Michał

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury

Bibliografia

• [1] Kaczmarzyk M. Modelowanie energetyczne mieszkalnych obiektów budowlanych lokalizowanych na powierzchni Księżyca. Rzeszów: Politechnika Rzeszowska; 2023.
• [2] Vasavada A.R., Bandfield J.L., Greenhagen B.T. Lunar equatorial surface temperatures and regolith properties from the Diviner Lunar Radiometer Experiment. J Geophys Res. 2012;117 (12). https://doi.org/10.1029/2011JE003987
• [3] Jia Y., Lin Z.W. The Radiation Environment on the Moon from Galactic Cosmic Rays in a Lunar Habitat. Radiat Res. 2010;173 (2): 238-244. https://doi.org/10.1667/RR1994.1
• [4] Jablonski A., Ogden K. Technical Requirements for Lunar Structures. J Aerosp Eng. 2008;21 (2). https://doi.org/10.1061/(ASCE)0893-1321(2008)21:2(77)
• [5] Science Definition Team for Artemis 2020. Evaluation of Lunar Regolith Potential as Construction Materials Source for Future Artemis Base Camp. https://www.lpi.usra.edu/announcements/artemis/whitepapers/2121.pdf [dostęp: 24.04.2025].
• [6] Kaczmarzyk M. Zjawiska impaktowe jako nadrzędny proces kształtujący powierzchnię Księżyca. Acta Soc Metheorit Pol. 2024;15:56-70.
• [7] Roberts M. Inflatable habitation for the lunar base. NASA Conf. Publ. 1988;3166. Washington, DC: NASA.
• [8] Ganapathi G.B., Ferrall J., Seshan P.K. Lunar Base Habitat Designs: Characterizing the Environment, and Selecting Habitat Designs for Future Trade-offs. NASA Contractor’s Report CR‑195687. http://spacearchitect.org/pubs/NASA‑CR‑195687.pdf [dostęp: 18.04.2025].
• [9] Okumura M., Ueno T., Ohashi Y. Regolith Covering Method for Habitation Module in an Early Phase of Lunar Base Construction. https://doi.org/10.1061/40339 (206)71
• [10] Zhang D. et al. Lunar In Situ Large‑Scale Construction: Quantitative Evaluation of Regolith Solidification Techniques. Engineering. 2024;39:204-221. https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.11.012
• [11] Benaroya H. Lunar habitats: A brief overview of issues and concepts. Reach. 2017;7-8:14-33. https://doi.org/10.1016/j.reach.2017.07.001
• [12] Allen C.C., Graf J.C., McKay D.S. Sintering Bricks on the Moon. In: Proc. 4th Int. Conf. Eng., Constr. and Oper. in Space, Albuquerque, NM, Feb. 26 - Mar. 3, 1994. New York: ASCE; 1994. ss. 1220-1229.
• [13] Taylor L.A., Meek T.T. Microwave Sintering of Lunar Soil: Properties, Theory, and Practice. J Aerosp Eng. 2005;18 (3). https://doi.org/10.1061/(ASCE)0893-1321 (2005)18:3(188)
• [14] Fateri M. et al. Solar Sintering For Lunar Additive Manufacturing. J Aerosp Eng. 2019;32 (6). https://doi.org/10.1061/(ASCE)AS.1943- 5525.0001093
• [15] Kato K., Shirai T. Multi‑step thermal design of microwave vacuum heating to basaltic regolith simulant towards lunar base construction. Sci Rep. 2024;14:28231. https://doi.org/10.1038/s41598-024-79504‑x
• [16] Lunar and Planetary Institute. JSC‑1: A New Lunar Soil Simulant. https://www.lpi.usra.edu/lunar/strategies/jsc_lunar_simulant.pdf?q=jsc [dostęp: 25.04.2025].
• [17] Sen S. Production of high fidelity lunar agglutinate simulant. Adv Space Res. 2011;47 (11): 1912-1921. https://doi.org/10.1016/j.asr.2011.02.005