Ученые тестируют строительные материалы для колоний на Луне

Эксперты решили найти способ применения местных материалов.

Если человечество когда-нибудь переселится на другую планету или спутник, людям нужно будет построить там самую разную инфраструктуру в виде зданий, жилья и посадочных площадок для ракет, пишет Earth.com (перевод - «Фокус»).

Это представляет собой серьезную инженерную проблему, поскольку современные строительные материалы на Земле, такие как цемент, слишком тяжелы, чтобы их можно было включить в полезную нагрузку космической ракеты. И мы даже не знаем, будут ли они полезны во внеземных условиях температуры и давления. Будущим жителям других планет, скорее всего, придется использовать местные материалы.

Все это побудило исследователей изучить способы использования глиноподобного верхнего слоя почвы Луны и Марса в качестве основы для космического цемента. На нашем спутнике и Красной планете есть много почвы, но ее нужно смешать, чтобы сформировать бетон, используя связующее, которое работает во внеземных условиях. Одним из требований к такому неземному строительному материалу является то, что он должен быть долговечными и достаточно прочным.

Чтобы решить эту проблему, исследователи под руководством профессора Нормана Вагнера из Делавэрского университета решили использовать химию геополимеров.

Геополимеры представляют собой неорганические полимеры, образованные из алюмосиликатных минералов, которые встречаются в обычных глинах повсюду на Земле, а также во внеземных почвах, например, на Луне и Марсе. При смешивании с растворителем с высоким pH, таким как силикат натрия, глина растворяется, высвобождая алюминий и кремний внутри для взаимодействия с другими материалами и выступая в качестве связующего вещества, точно так же, как это делает цемент на Земле.

Для своего нового исследования ученые смешали смоделированный марсианский и лунный грунт с силикатом натрия, а затем отлили жидкую смесь в кубические формы.

Так ученые обнаружили, что 3 смоделированных образца лунного грунта и один образец марсианского грунта были успешно преобразованы в геополимерные связующие. Через 7 дней они измерили размер и вес каждого кубика, а затем раздавили его, чтобы понять, как материал ведет себя под нагрузкой. В частности, они хотели узнать, влияют ли небольшие различия в химическом составе смоделированных почв на прочность материала.

"Когда ракета взлетает, посадочная площадка подвергается высокому давлению, которое бетон должен выдержать, поэтому прочность материала на сжатие становится важным показателем", — отметили эксперты.

Материалы также подвергались воздействию различных факторов окружающей среды, с которыми они столкнутся в космосе, включая вакуум, а также высокие и низкие температуры. Они обнаружили, что в вакууме некоторые образцы материалов действительно образовывали цемент, в то время как другие были успешными лишь частично. В целом прочность на сжатие геополимерного цемента снизилась, когда он был сформирован в условиях вакуума, по сравнению с геополимерными кубиками, отвержденными при комнатной температуре и давлении.

Температура также сыграла значительную роль в определении характеристик геополимерного цемента. Испытания показали, что при низких температурах — около -80°C геополимерные материалы вообще не реагировали и не схватывались.

"Все это показывает, что нам, возможно, потребуется использовать какой-то ускоритель для достижения прочности, которую мы наблюдаем при комнатной температуре. Возможно, геополимер нужно нагреть, или, может быть, нам нужно добавить что-то еще в смесь, чтобы запустить реакцию для определенных сред", — добавили ученые.

При высоких температурах — около 600°C все образцы с использованием лунных грунтов были прочнее, чем при комнатной температуре. По словам специалистов, в этом нет ничего удивительного, учитывая, что при низких температурах реакции протекают очень медленно. Исследовательская группа также увидела изменения в физической природе геополимерного цемента в условиях повышенной температуры. Геополимерные кирпичи становились гораздо более хрупкими, когда их нагревали, разрушаясь, а не сжимаясь или ломаясь надвое.

Понимание и детальное изучение того, что влияет на прочность материалов, полученных из других миров, имеет решающее значение для поддержания жизнеспособности будущих колоний.

Есть много вещей, которые могут пойти не так, но само исследование весьма интересно и полезно. Вместо того, чтобы паковать мешки с цементом для отправки на Марс и Луну, что было бы глупо и бесполезно, астронавты могут просто взять с собой растворители. И даже если исследование в итоге не принесет плоды, по крайней мере, у нас появится шанс сделать более качественный бетон здесь, на Земле.