Materiālu zinātnieki izgatavo Marsa betonu

Pieaug interese par mērķi nosūtīt cilvēkus uz Marsu. Dažādas kosmosa aģentūras ir sākušas pētīt daudzās problēmas, ko varētu radīt šāda misija, tostarp cilvēku aizsardzība ceļojuma laikā.

Taču, tiklīdz cilvēki ieradīsies uz sarkanās planētas, viņiem būs vajadzīgas augstas kvalitātes ēkas, kurās dzīvot un strādāt. Viņi var ņemt līdzi noteiktas struktūras, taču tas var būt tikai pagaidu risinājums. Pirmajiem kolonizatoriem ātri būs jāatrod veids, kā veidot struktūras, izmantojot planētas pašu resursus. Bet kā?

Šodien mēs saņemam atbildi, pateicoties Lin Wan un draugu darbam Ziemeļrietumu universitātē. Šie puiši ir izstrādājuši, kā izgatavot Marsa betonu, izmantojot materiālus, kas ir plaši pieejami uz Marsa. Un, galvenais, šo betonu var izveidot, neizmantojot ūdeni, kas būs vērtīgs resurss uz sarkanās planētas.

Galvenais materiāls Marsa būvniecības uzplaukumā būs sērs, saka Ziemeļrietumu komanda. Pamatideja ir uzsildīt sēru līdz aptuveni 240 °C, lai tas kļūtu šķidrs, sajaukt to ar Marsa augsni, kas darbojas kā pildviela, un pēc tam ļaut tam atdzist. Sērs sacietē, sasaistot pildvielu un veidojot betonu. Voila — Marsa betons.

Protams, ideja par sēra izmantošanu pildvielu saistīšanai nebūt nav jauna. Inženieri ir eksperimentējuši ar šāda veida materiāliem vismaz gadsimtu un sākotnēji atklāja, ka sēra betonam ir sava daļa problēmu.

Sākumā sēram atdziestot, tas sacietē, veidojot monoklīnisku sēru, un pēc tam pārvēršas ortorombiskā sērā, stabilā allotropā zemākā temperatūrā. Bet šī procesa laikā tas arī saraujas, un šī saraušanās rada dobumus un rada spriegumus, kas būtiski vājina materiālu.

Vēl vairāk, 1970. gados materiālu zinātnieki pētīja iespēju izmantot sērbetonu, lai uz Mēness izveidotu Mēness bāzes. Viņi ātri atklāja, ka vakuumā sērs sublimējas — tas no cietas vielas pārvēršas tieši gāzē. Tātad jebkurš sēra betons uz Mēness ātri pazustu ēterī.

Tāpēc svarīgs jautājums ir, vai sēra betonu var padarīt pietiekami izturīgu un izturīgu, lai tas būtu noderīgs uz Marsa.

Lai to uzzinātu, Vans un līdzinieki dažus izveidoja. Viņi izmantoja imitētu Marsa augsni, kas galvenokārt sastāvēja no silīcija dioksīda un alumīnija oksīda ar citām sastāvdaļām, piemēram, dzelzs oksīdu, titāna dioksīdu utt. Viņi arī pārbaudīja dažādu izmēru daļiņas šajā agregātā.

Pārbaudes bija vienkāršas. Sajaucot pildvielu ar dažādu procentuālo daudzumu izkausēta sēra un ļāvuši paraugiem atdzist blokos, viņi izmērīja iegūto materiālu fizikālās īpašības, piemēram, to spiedes izturību un atteices mehānismus. Viņi arī ķīmiski analizēja maisījumu un simulēja tā uzvedību.

Rezultāti rada interesantu lasīšanu. Izrādās, ka mazāku daļiņu agregāta izmantošana samazina tukšumu veidošanos, kas būtiski palielina materiāla izturību. Viņi saka, ka labākais maisījums Marsa betona ražošanai ir 50 procenti sēra un 50 procenti Marsa augsnes ar maksimālo pildvielu izmēru 1 mm.

Un tas ir stiprs materiāls, kas sasniedz spiedes stiprību, kas pārsniedz 50 MPa, īpaši, ja tas tiek saspiests cietēšanas laikā, lai samazinātu tukšumu veidošanos. Šis spēks daļēji ir arī ķīmisko saišu rezultāts, ko sērs veido ar Marsa augsni. Salīdzinājumam, dzīvojamo ēku standarti uz Zemes prasa betonu ar spiedes stiprību aptuveni 20 MPa.

Wan un co arī saka, ka atmosfēras apstākļi uz Marsa ir piemēroti šīm lietām. Viņi saka, ka gan atmosfēras spiediens, gan temperatūras diapazons uz Marsa ir piemērots sērbetona konstrukciju izvietošanai.

Un ir arī citas priekšrocības. Marsa betonu var pārstrādāt, to karsējot, lai sērs izkūst. Tāpēc to var izmantot atkārtoti. Tas ir arī ātri stingstošs, salīdzinoši viegli apstrādājams un ārkārtīgi lēts salīdzinājumā ar materiāliem, kas atvesti no Zemes.

Tas ir interesants darbs. Tas nozīmē, ka pirmās pastāvīgās struktūras uz Marsa ir viegli izveidojamas. Viss, kas mums šobrīd vajadzīgs, ir jauna Marsa arhitektu paaudze, kas projektētu ēkas no Marsa betona, kas būtu piemērotas būves cilvēkiem, kurās dzīvot un strādāt.

Laiks būs viņu pusē. Līdz pirmajām cilvēku misijām uz Marsu vēl ir labi daži gadi. Bet ir tikai iespējams, ka pirmie cilvēki, kas dzīvo šajās struktūrās, jau ir dzimuši un pašlaik aug diezgan atšķirīgās ēkās uz Zemes.

Atsauce:arxiv.org/abs/1512.05461: jauns materiāls in situ celtniecībai uz Marsa: eksperimenti un skaitliskās simulācijas

paslēpties