علماء يحولون غبار القمر إلى طوب متشابك يشبه الليغو

قد لا تتطلب عمليات البناء المستقبلية على سطح القمر كميات ضخمة من المواد المرسلة من الأرض، بعد أن طور علماء طريقة لدمج غبار القمر المحاكى في طوب متشابك دون الحاجة لإضافة أي مواد أخرى. هذا الإنجاز يفتح الباب أمام إمكانية تشييد هياكل معمارية باستخدام الموارد المتاحة محلياً على السطح القمري.

أجرى فريق بحثي من جامعة أركنساس خطوة أولى نحو هذا الواقع، حيث أثبتوا إمكانية الطباعة ثلاثية الأبعاد لغبار القمر المحاكى وتحويله إلى كتل بناء تتشابه في آلية تركيبها مع قطع لعبة "الليغو". يعتمد هذا النهج على استخدام مادة الغبار القمري (Regolith) التي تغطي سطح القمر، وهي عبارة عن جسيمات حادة تشكلت عبر مليارات السنين نتيجة اصطدام الكويكبات والحطام الفضائي، ولا تحتوي على أي مواد عضوية خلافاً للتربة الأرضية.

تقنية الدمج بالحرارة دون روابط كيميائية

اعتمد الباحثون في تجاربهم على مادة تجارية تعرف باسم "LHS-1"، وهي محاكاة للغبار القمري المستخرج خلال بعثات أبولو في الستينيات وأوائل السبعينيات. استخدم الفريق تقنية تُسمى "انصهار مسحوق الليزر" (laser powder bed fusion)، حيث يتم توزيع طبقة رقيقة من المسحوق على سطح مسطح، ثم تسليط مصدر ضوئي مركّز مثل الليزر لتسخين أجزاء محددة، مما يؤدي إلى ترابط الجسيمات عبر عملية التلبيد (sintering). تتكرر هذه العملية بطبقات متتالية لبناء جسم ثلاثي الأبعاد تدريجياً.

على عكس الدراسات السابقة التي نجحت في طباعة أجسام باستخدام الغبار القمري ممزوجاً بمواد رابطة، والتي كانت ستستوجب نقل تلك الإضافات من الأرض، أظهر الفريق الأمريكي لأول مرة إمكانية تلبيد الغبار المحاكى مباشرة في كتل قابلة لإعادة التشكيل باستخدام مصدر ضوء منخفض الطاقة ودون أي رابط خارجي. أوضح كول مككالوم، المؤلف الرئيسي للدراسة، أن "مسحوق الغبار يرتبط بنفسه فقط، ولا يوجد شيء آخر يرتبط به". وقد أنتج الباحثون كتلاً بأبعاد سنتيمترات قليلة، بما في ذلك أشكال تشبه الصليب وحرف H، يمكن تجميعها لتشكيل هياكل أكبر.

تحديات المتانة والظروف القمرية الحقيقية

رغم نجاح إنتاج الطوب المتشابك، إلا أن المادة الناتجة لا تزال تفتقر إلى القوة اللازمة لتلبية جميع متطلبات البناء على القمر. فقد تبين أن الطوب المصنوع بالكامل من الغبار المحاكى أكثر مسامية وأضعف بنيوياً مقارنة بالأجسام المطبوعة باستخدام مواد رابطة. قال مككالوم: "يمكن لهذه الهياكل أن تدعم نفسها ذاتياً، لكنني سأتردد في القول إن عمليتنا يمكن استخدامها لدعم أحمال أخرى في الوقت الحالي".

وأضاف وان شو، الأستاذ المساعد في الهندسة الميكانيكية والمشرف على الدراسة، أن هناك حاجة لمزيد من التجارب لفهم سلوك عملية الطباعة تحت ظروف الجاذبية الدقيقة والبيئة الفراغية الفعلية للقمر. كما شدد على ضرورة تحسين الخصائص الميكانيكية للطوب قبل اعتباره مادة بناء عملية، رغم تفاؤله بأن هذا النهج قد يوفر وسيلة فعالة لتصنيع المكونات والهياكل للمستوطنات الدائمة مستقبلاً.

من المختبر الجامعي إلى الفضاء الجوي

مثل هذا المشروع نقطة تحول مبكرة في المسار العلمي لمككالوم، وهو من مواليد ليتل روك بولاية أركنساس، الذي انضم إلى مختبر شو في وقت مبكر من دراسته الجامعية. أشار مككالوم إلى أن أستاذه كان يؤمن بشدة بإشراك طلاب المرحلة الجامعية الأولى في البحث العلمي. تخرج مككالوم في مايو الماضي بدرجات في الهندسة الميكانيكية والفيزياء، وحصل لاحقاً على زمالة لافاييت الافتتاحية، وهي برنامج احتفالاً بالذكرى الـ 250 لتأسيس الولايات المتحدة، حيث تم اختيار 30 زميلاً فقط من بين أكثر من 3400 متقدم لمتابعة درجات الماجستير في فرنسا.

يدرس مككالوم حالياً الهندسة الجوية في تولوز بمعهد ISAE-SUPAERO، أحد المدارس الرائدة في هذا المجال بفرنسا. ورغم انتقال تركيزه الأكاديمي بعيداً عن أبحاث التصنيع الإضافي التي أجراها في مختبر شو، إلا أنه ينسب الفضل لتلك التجربة في تعليمه كيفية التغلب على تحقيقات الاستقصاء العلمي. وقال: "ساعدني ذلك على صقل مهاراتي والتغلب على المشكلات التي تواجه الباحثين، فقد ارتكبت العديد من الأخطاء في المرة الأولى، وكان من الرائع الحصول على بداية قوية وارتكاب تلك الأخطاء مبكراً".

نُشرت الدراسة بعنوان "التصنيع الإضافي للغبار القمري لكتل بناء قابلة لإعادة التشكيل نحو السكن القمري" في مجلة npj Advanced Manufacturing بتاريخ 29 أغسطس 2026، بمشاركة كل من Cole McCallum, Youwen Liang, Nahid Tushar, Ben Xu, Bo Zhao, Hao Zeng وWan Shou. حظي العمل بدعم من منحة كلية الشرف للبحث الجامعي المقدمة لـ C.M، وحزمة البدء المقدم من جامعة أركنساس لـ W.S.