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

openaccess, Vol. 634 (6) 2025 / czwartek, 26 czerwca, 2025

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

(Open Access)

DOI: 10.15199/33.2025.06.14

citation/cytuj: Kaczmarzyk M., Kołodziejczyk A., Baścik J., Wojtowicz M., Wójcik A., Ziobro D., Sudoł J., Rusnak S., Sowiński M. Preliminary feasibility analysis of microwave sintering of lunar regolith simulant at glass softening temperature. Materiały Budowlane. 2025. Volume 634. Issue 06. Pages 122-127. DOI: 10.15199/33.2025.06.14

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.

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

księżycowy regolit; spiekanie mikrofalowe; mięknięcie szkła; wytrzymałość na ściskanie
  1. Kaczmarzyk M. Modelowanie energetyczne mieszkalnych obiektów budowlanych lokalizowanych na powierzchni Księżyca. Rzeszów: Politechnika Rzeszowska; 2023.
  2.  Vasavada AR, Bandfield JL, Greenhagen BT. 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 ZW. 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 GB, Ferrall J, Seshan PK. 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 CC, Graf JC, McKay DS. 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 LA, Meek TT. 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
dr inż. Marcin Kaczmarzyk, Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury
ORCID: 0000‑0001‑5605‑5279
dr Agata Kołodziejczyk, Akademia Górniczo‑Hutnicza, Wydział Technologii Kosmicznych
ORCID: 0000‑0002‑7030‑3555
Julia Baścik, Akademia Górniczo‑Hutnicza, Wydział Technologii Kosmicznych
inż. Monika Wojtowicz, Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury
inż. Alicja Wójcik, Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury
inż. Damian Ziobro, Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury
inż. Justyna Sudoł, Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury
inż. Sebastian Rusnak, Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury
inż. Michał Sowiński, Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury

dr inż. Marcin Kaczmarzyk, Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury
ORCID: 0000‑0001‑5605‑5279

Correspondence address: kaczmar@prz.edu.pl

Full paper:

DOI: 10.15199/33.2025.06.14

Article in PDF file

Received: 03.01.2025 / Artykuł wpłynął do redakcji: 03.01.2025 r.
Revised: 26.02.2025 / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 26.02.2025 r.
Published: 24.06.2025 / Opublikowano: 24.06.2025 r.