211service.com
Naukowcy zajmujący się materiałami tworzą beton marsjański
Rośnie zainteresowanie celem wysłania ludzi na Marsa. Różne agencje kosmiczne zaczęły badać liczne problemy, jakie taka misja mogłaby stwarzać, między innymi ochrona ludzi podczas podróży.
Ale kiedy ludzie przybędą na Czerwoną Planetę, będą potrzebować wysokiej jakości budynków do życia i pracy. Mogą zabrać ze sobą pewne konstrukcje, ale może to być tylko tymczasowe rozwiązanie. Pierwsi kolonizatorzy będą musieli szybko znaleźć sposób na wznoszenie struktur przy użyciu własnych zasobów planety. Ale jak?
Dziś otrzymujemy odpowiedź dzięki pracy Lin Wan i kumpli z Northwestern University. Ci faceci opracowali, jak zrobić marsjański beton z materiałów, które są powszechnie dostępne na Marsie. A co najważniejsze, ten beton można formować bez użycia wody, która będzie cennym zasobem na Czerwonej Planecie.
Kluczowym materiałem w marsjańskim boomie budowlanym będzie siarka, mówi zespół Northwestern. Podstawową ideą jest podgrzanie siarki do około 240 °C, aby stała się płynna, zmieszanie jej z marsjańską glebą, która działa jak agregat, a następnie pozostawienie jej do ostygnięcia. Siarka krzepnie wiążąc kruszywo i tworząc beton. Voila — beton marsjański.
Oczywiście pomysł wykorzystania siarki do wiązania kruszyw nie jest nowy. Inżynierowie eksperymentowali z tego rodzaju materiałem od co najmniej stu lat i początkowo odkryli, że beton na bazie siarki ma spory udział w problemach.
Po pierwsze, gdy siarka ochładza się, krzepnie, tworząc siarkę jednoskośną, a następnie przekształca się w siarkę rombową, stabilny alotrop w niższych temperaturach. Ale również kurczy się podczas tego procesu, co powoduje powstawanie wgłębień i naprężeń, które poważnie osłabiają materiał.
Co więcej, w latach 70. naukowcy zajmujący się materiałami badali możliwość wykorzystania betonu siarkowego do budowy baz księżycowych na Księżycu. Szybko odkryli, że w próżni siarka sublimuje — zamienia się z ciała stałego bezpośrednio w gaz. Tak więc każdy beton siarkowy na Księżycu szybko zniknąłby w eterze.
Tak więc ważne pytanie brzmi, czy beton siarkowy może być wystarczająco mocny i trwały, aby był użyteczny na Marsie.
Aby się tego dowiedzieć, Wan i spółka zrobili trochę. Wykorzystali symulowaną glebę marsjańską składającą się głównie z dwutlenku krzemu i tlenku glinu z innymi składnikami, takimi jak tlenek żelaza, dwutlenek tytanu i tak dalej. Przetestowali również różne rozmiary cząstek w tym agregacie.
Testy były proste. Po zmieszaniu kruszywa z różnymi procentami stopionej siarki i umożliwieniu schłodzenia próbek w bloki, zmierzyli właściwości fizyczne otrzymanych materiałów, takie jak ich wytrzymałość na ściskanie i mechanizmy niszczenia. Przeanalizowali również chemicznie mieszankę i zasymulowali jej zachowanie.
Wyniki stanowią ciekawą lekturę. Okazuje się, że zastosowanie agregatu o mniejszych cząstkach ogranicza powstawanie pustych przestrzeni, co znacznie zwiększa wytrzymałość materiału. Mówią, że najlepszą mieszanką do produkcji marsjańskiego betonu jest 50% siarki i 50% gleby marsjańskiej z maksymalnym rozmiarem kruszywa 1 mm.
I jest to mocny materiał, osiągający wytrzymałość na ściskanie ponad 50 MPa, szczególnie jeśli jest ściskany podczas utwardzania w celu zmniejszenia powstawania pustych przestrzeni. Ta siła jest również częściowo wynikiem wiązań chemicznych, jakie tworzy siarka z marsjańską glebą. Dla porównania, normy budownictwa mieszkaniowego na Ziemi wymagają betonu o wytrzymałości na ściskanie około 20 MPa.
Wan i spółka twierdzą również, że warunki atmosferyczne na Marsie są do tego odpowiednie. Twierdzą, że zarówno ciśnienie atmosferyczne, jak i zakres temperatur na Marsie są odpowiednie do przechowywania konstrukcji z betonu siarkowego.
Są też inne zalety. Beton marsjański można poddać recyklingowi, ogrzewając go, aby siarka się stopiła. Dzięki temu może być wielokrotnie używany. Jest również szybkoschnący, stosunkowo łatwy w obsłudze i niezwykle tani w porównaniu z materiałami sprowadzanymi z Ziemi.
To interesująca praca. Oznacza to, że wykonanie pierwszych stałych struktur na Marsie powinno być proste. Wszystko, czego teraz potrzebujemy, to nowe pokolenie marsjańskich architektów do projektowania budynków z marsjańskiego betonu, które będą odpowiednie dla ludzi do życia i pracy.
Czas będzie po ich stronie. Pierwsze ludzkie misje na Marsa są jeszcze za kilka lat. Ale jest po prostu możliwe, że pierwsi ludzie żyjący w tych strukturach już się urodzili i obecnie dorastają w dość różnych budynkach na Ziemi.
Nr ref.:arxiv.org/abs/1512.05461: Nowatorski materiał do budowy in situ na Marsie: eksperymenty i symulacje numeryczne