UPMPulp
  • Sellu
  • Puupohjaiset materiaalit osana avaruusasemien uutta aikakautta
Artikkeli | 08/19/2020 14:23:56

Puupohjaiset materiaalit osana avaruusasemien uutta aikakautta

Tuskin moni kuvittelee elinkelpoisten olosuhteiden luomisen avaruuteen olevan yksinkertaista. Yksi merkittävimmistä avaruusjärjestöjä askarruttavista ongelmista on tarvittavien resurssien kuljettaminen avaruuteen. Nyt asiantuntijat selvittävät, voisiko ongelman ratkaista 3D-tulostamisella ja niinkin perinteisellä uusiutuvalla materiaalilla kuin puulla.

Ensimmäinen nainen ja seuraava yhdysvaltalainen mies on määrä nähdä Kuun pinnalla vuoden 2024 loppuun mennessä. Heidän tehtävänään on perustaa Kuuhun ensimmäinen pysyvä tukikohta. Nasan Artemis-avaruusohjelmassa astronauttien tehtävänä on selvittää, millaista elämä avaruudessa on ihmiselle ja mitä toimivalta elinympäristöltä vaaditaan avaruudessa. Ohjelman lopullinen tavoite on mahdollistaa eri planeettojen olosuhteiden jäljentäminen.

Ihmiselämälle sopivien olosuhteiden luominen avaruuteen on kuitenkin helpommin sanottu kuin tehty.

Avaruuden asuttamisen ongelmat

Avaruustutkimuksessa on vielä runsaasti haasteita. Ensinnäkin avaruudessa ympäristö on täysin erilainen kuin maapallolla. Olosuhteet ovat äärimmäiset, eikä tarjolla ole tuulta, painovoimaa tai lämpöä kuten Maassa. Toiseksi avaruudessa ei ole oleellisia rakennusmateriaaleja, kuten puuta, sementtiä, metallia ja muita resursseja, jotka ovat Maassa helposti saatavilla. Tämän vuoksi tarvittavat materiaalit on kuljetettava avaruuteen elinympäristön luomista varten. Materiaalien kuljettaminen on kuitenkin äärimmäisen kallista, sillä siitä koituu huomattava lisä avaruuslentojen laukaisukustannuksiin. Asiantuntijat ovat esittäneet yhdeksi ratkaisuksi Kuusta löytyvien resurssien hyödyntämistä.

”Hiljattain on varmistettu, että eri puolilta Kuuta todellakin löytyy resursseja. Kuusta on löydetty esimerkiksi vesijäätä”, kertoo avaruuden asuttamista käsittelevän Space Settlements -kirjan kirjoittanut Fred Scharmen, joka toimii apulaisprofessorina yhdysvaltalaisessa Morgan State University -yliopistossa.

”Lisäksi Kuusta Apollo-ohjelmassa tuotujen näytteiden alustavat analyysit ovat osoittaneet, että Kuussa on suuria määriä alumiinia ja titaania. Tukiasema pitäisi siis rakentaa pääosin niistä, sillä niitä ei tarvitsisi tuoda Maasta saakka”, Scharmen lisää.

Nasan mukaan kansainväliselle avaruusasema ISS:lle viedään vuosittain noin 3 175 kg varaosia ja varusteita, jotka auttavat astronautteja tekemään tutkimusta, syömään, nukkumaan, rentoutumaan ja kuntoilemaan. Lisäksi 17 690 kg lähtövalmiita resursseja odottaa kuljetusta, joka tehdään tarpeen vaatiessa.

3d Prtiner_ZMorph Multitool 3D Printer_unsplash.jpg

Uusiutuvista materiaaleista voidaan 3D-tulostaa avaruustutkimuksessa tarvittavia tuotteita. Kuva: ZMorph3d, Unsplash

3D-tulostus uusiutuvilla materiaaleilla

3D-tulostintekniikka on saanut tuulta purjeisiinsa mahdollisena vaihtoehtona materiaalien haastavalle kuljetukselle avaruuteen. Vuonna 2014 avaruuteen vietiin ensimmäinen 3D-printteri, jolla voidaan tulostaa muovipohjaisia kappaleita, kuten elinympäristön luomiseen tarvittavia rakenteita. Kuitenkin ongelmana on edelleen se, ettei muovipohjaisia tulostusmateriaaleja ole avaruudessa saatavilla.

Tämän vuoksi muita mahdollisia tulostusmateriaaleja tutkitaan kuumeisesti. Yksi tutkituista materiaaleista on puu, jota ihmiset ovat sen monipuolisuuden vuoksi käyttäneet rakentamiseen ammoisista ajoista asti. Tämä ei ole ihme, sillä puun ainutlaatuiset ominaisuudet, kuten sitkeys, vääntölujuus ja huokoisuus, tekevät siitä erinomaisen rakennusmateriaalin.

Puun kasvattaminen avaruudessa on mahdotonta, mutta Chalmersin teknillisen korkeakoulun tutkijaryhmä on ratkaissut ongelman jäljentämällä puun hienorakenteen. Tutkijat valmistivat sellusta nanoselluloosageeliä, jota voidaan käyttää tulostusmateriaalina 3D-tulostimissa. Sen avulla avaruudessa voidaan siis tulostaa puupohjaisia tuotteita mittatilaustyönä.

”Kyseessä on valmistavan teollisuuden uusi läpimurto. Materiaali mahdollistaa uudenlaisten kestävää kehitystä tukevien tuotteiden valmistuksen ilman luonnon asettamia rajoja. Metsistä saatavat tuotteet voidaan nyt 3D-tulostaa, mikä nopeuttaa niiden hankkimista huomattavasti. Lisäksi 3D-tulostuksessa tavallisesti käytetyt metallit ja muovit voidaan nyt korvata uusiutuvalla, kestävällä vaihtoehdolla”, kertoo professori Paul Gatenholm, joka johtaa tutkimusta Chalmersin teknillisen korkeakoulun WWSC-tutkimuskeskuksessa.

”Kasviperäiset tulostusmateriaalit ovat helposti uusiutuvia, joten niitä voidaan tuottaa pitkillä avaruusmatkoilla, Kuussa tai Marsissa,” Gatenholm lisää.

Chalmersin tutkimusryhmä on jo esitellyt tekniikkansa Euroopan avaruusjärjestölle ja jatkaa sen kehittämistä yhteistyössä muiden järjestöjen kanssa.

Trees at night_matheus-bertelli.-pexels.jpg

Asiantuntijoiden mukaan kasvipohjainen tulostusmateriaali on tarpeeksi uusiutuva, jotta tarvittavat raaka-aineet voidaan tuottaa avaruudessa. Kuva: Matheus Bertelli, Pexels

Kaupunkisuunnittelua avaruussiirtokunnille

Resurssien ja laukaisukustannusten tuottamiin ongelmiin alkaa pikkuhiljaa löytyä ratkaisuja, mutta avaruuden asuttamiseen on vielä pitkä matka.

”Yhteiskunnan poliittinen ja sosiaalinen toiminta vaikuttavat avaruusrakentamisen suunnitteluun monin tavoin. Kun asuinkelpoisten tukikohtien rakentaminen avaruuden äärimmäisissä olosuhteissa on niin kallista, kuinka varmistamme, että niihin rakennetaan myös julkisia tiloja?” Scharmen pohtii.

Hän lisää, että arkkitehtuurin historiaa tarkastellessa huomaamme, että monet rakennusten ja kaupunkien rakenteista eivät olekaan itsestäänselvyyksiä. Esimerkiksi käytävät, tiet ja puistot piti ensin keksiä, ennen kuin niitä voitiin rakentaa. Scharmenin mukaan on helppo unohtaa, etteivät monet meille itsestään selvät asiat ole aina olleet olemassa, vaan ne on kehitetty aikojen saatossa. Sama pätee avaruuden asuttamiseen.

”Minua mietityttää, missä ihmiset asuvat ja työskentelevät etenkin ensimmäisten avaruudessa elävien sukupolvien aikana. Mitä ihmiset tekevät silloin, kun he eivät tee töitä?” Scharmen summaa.

 

Teksti: Lakshmi Sivadas

Header kuva: Jake Hinds, Unsplash