Будинки з місячного пилу. Вчені тестують будівельні матеріали для колоній на Місяці

Якщо людство колись переселиться на іншу планету чи супутник, людям потрібно буде побудувати там найрізноманітнішу інфраструктуру у вигляді будівель, житла та посадкових майданчиків для ракет, пише Earth.com.

Це серйозна інженерна проблема, оскільки сучасні будівельні матеріали на Землі, такі як цемент, занадто важкі, щоб їх можна було включити в корисне навантаження космічної ракети. І ми навіть не знаємо, чи будуть вони корисні в позаземних умовах температури й тиску. Майбутнім мешканцям інших планет, швидше за все, доведеться використати місцеві матеріали.

Усе це спонукало дослідників вивчити способи використання глиноподібного верхнього шару ґрунту Місяця та Марса як основу для космічного цементу. На нашому супутнику та на Червоній планеті є багато ґрунту, але його потрібно змішати, щоб сформувати бетон, використовуючи сполучник, що працює в позаземних умовах. Однією з вимог до такого неземного будівельного матеріалу є те, що він має бути довговічним і досить міцним.

Щоб вирішити цю проблему, дослідники під керівництвом професора Нормана Вагнера з Делаверського університету вирішили використати хімію геополімерів.

Геополімери являють собою неорганічні полімери, утворені з алюмосилікатних мінералів, які зустрічаються у звичайних глинах всюди на Землі, а також у позаземних ґрунтах, наприклад, на Місяці та Марсі. При змішуванні з розчинником із високим pH, таким як силікат натрію, глина розчиняється, вивільняючи алюміній і кремній всередині для взаємодії з іншими матеріалами та виступаючи як сполучна речовина, так само, як це робить цемент на Землі.

Для свого нового дослідження вчені змішали змодельований марсіанський і місячний ґрунт із силікатом натрію, а потім відлили рідку суміш у кубічні форми.

Так учені виявили, що 3 змодельовані зразки місячного ґрунту й один зразок марсіанського ґрунту були успішно перетворені на геополімерні сполуки. Через 7 днів вони виміряли розмір і вагу кожного кубика, а потім роздавили його, щоб зрозуміти, як матеріал поводиться під навантаженням. Зокрема, вони хотіли дізнатися, чи впливають невеликі відмінності в хімічному складі змодельованих ґрунтів на міцність матеріалу.

"Коли ракета злітає, посадковий майданчик зазнає високого тиску, який бетон повинен витримати, тому міцність матеріалу на стиск стає важливим показником", — зазначили експерти.

Матеріали також зазнавали впливу різних факторів навколишнього середовища, з якими вони зіткнуться в космосі, включаючи вакуум, а також високі та низькі температури. Вони виявили, що у вакуумі деякі зразки матеріалів справді утворювали цемент, тоді як інші були успішними лише частково. В цілому міцність на стискування геополімерного цементу знизилася, коли він був сформований в умовах вакууму, в порівнянні з геополімерними кубиками, затверділими за кімнатних температури й тиску.

Температура відіграла значну роль у визначенні характеристик геополімерного цементу. Випробування показали, що за низьких температурах — близько -80°C геополімерні матеріали взагалі не реагували та не схоплювалися.

"Усе це показує, що нам, можливо, потрібно буде використовувати якийсь прискорювач для досягнення міцності, яку ми спостерігаємо за кімнатної температури. Можливо, геополімер потрібно нагріти, або, можливо, нам потрібно додати щось ще в суміш, щоб запустити реакцію для певних середовищ", — додали вчені.

За високих температур — близько 600°C — усі зразки з використанням місячних ґрунтів були міцнішими, ніж за кімнатної температури. За словами фахівців, у цьому немає нічого дивного з огляду на те, що за низьких температур реакції протікають дуже повільно. Дослідницька група також побачила зміни у фізичній природі геополімерного цементу за умов підвищеної температури. Геополімерні цеглини ставали набагато крихкішими, коли їх нагрівали, руйнуючись, а не стискаючись чи ламаючись надвоє.

Розуміння й детальне вивчення того, що впливає на міцність матеріалів, отриманих із інших світів, має вирішальне значення для підтримки життєздатності майбутніх колоній.

Є багато речей, які можуть піти не так, але саме дослідження дуже цікаве та корисне. Замість того, щоб пакувати мішки з цементом для відправки на Марс і Місяць, що було б безглуздо й марно, астронавти можуть просто взяти з собою розчинники. І навіть якщо дослідження в результаті не принесе плоди, принаймні в нас з'явиться шанс зробити якісніший бетон тут, на Землі.

Нагадаємо, що раніше дослідникам уперше в історії вдалося виростити в місячному ґрунті рослину. Вчені посадили в місячний ґрунт крес-салат. Усе насіння зійшло, проте самі рослини вийшли низькорослими.