Рецепт идеальных кирпичей: здания из марсианского грунта будут прочнее железобетонных

Автор: Mega
Просмотров: 322
Комментариев: 0
Категория: Наука и Космос
Дата: 30-04-2017, 10:22
Рецепт идеальных кирпичей: здания из марсианского грунта будут прочнее железобетонных
Рецепт идеальных кирпичей: здания из марсианского грунта будут прочнее железобетонных Подготовка к колонизации Красной планеты идёт полным ходом. Пока одни команды решают "транспортные" проблемы, другие заняты бытовыми. Многих волнуют условия жизни на Марсе, и если с едой всё более или менее понятно, то "квартирный вопрос" остаётся открытым.
Очевидно, что первым поселенцам Марса придётся строить там жилища с использованием местных материалов. Это предполагает наличие печей для изготовления кирпича либо лабораторий для проведения химических реакций по уплотнению материалов. В любом случае накладно, громоздко и дорого.
Однако специалисты предложили более изящное решение проблемы – использовать технологию трёхмерной печати. Напомним, что сегодня 3D-принтеры запросто печатают жилые дома и офисы. Кроме того, они используются на МКС для изготовления различных приборов и деталей.


Та же технология – автономная и дешёвая – значительно облегчит жизнь колонизаторам Марса, заключили учёные. На 3D-принтерах можно будет распечатать многие бытовые приборы, инструменты, а также сами стройматериалы. Но вот в чём загвоздка: для изготовления кирпичей и других материалов требуется вода, которая на Марсе, как известно, в большом дефиците.

По данным аппаратов MRO и Curiosity, почва Красной планеты фактически не содержит воды. Её крупные залежи встречаются лишь на полярных шапках планеты, куда почти нереально примарситься из-за практически полного отсутствия атмосферы.

В связи с этим специалисты провели несколько экспериментов с аналогами марсианской почвы. Их изготовили в лабораториях Центра космических полётов НАСА имени Маршалла на основе данных, собранных марсианскими миссиями за последние десятилетия.


Команда из Калифорнийского университета в Сан-Диего под руководством профессора Юй Цяо (Yu Qiao) изначально пыталась создать кирпичи, смешивая смоделированный марсианский грунт с так называемыми связывающими полимерами. Однако очень скоро учёные обнаружили, что полимеры вообще не нужны, если грунт подвергается достаточно высокому давлению.

Поясним, что аналоги марсианских почв эксперты изготовили из перемолотых выбросов вулканов, наночастиц железа и некоторых других минералов, найденных НАСА на Марсе. В ходе экспериментов полученный грунт подвергали воздействию различных факторов, в том числе высоких температур и давления. Именно в таких условиях учёные получили материал, по прочности сравнимый с армированным бетоном и обожжённым силикатным кирпичом.

Как признаётся Цяо, он с коллегами не сразу понял, как это произошло. Ответить на этот вопрос учёные смогли, только изучив внутреннюю структуру молекул, составлявших основу этого спрессованного грунта.

Высокие температуры оказались ни при чём. Ключевую роль в формировании столь прочного стройматериала сыграли давление и наночастицы оксида железа. Последующие эксперименты показали, что при сильном сдавливании "марсианской" почвы частицы как бы склеиваются друг с другом и образуют прочный каркас, а его пустоты заполняются песчинками и перемолотыми вулканическими породами – в основном базальтом.

Чтобы добиться такого эффекта, материал помещали в специальную гибкую резиновую трубку, а затем сжимали её под давлением, эквивалентным удару молота весом 4,5 килограмма, сброшенного с высоты одного метра.

Так получились строительные блоки, которые затем разрезали на кирпичи. Они не пропускают воздух и воду, а их изготовление станет вполне реальным в условиях Красной планеты, говорят авторы работы. При испытаниях эти кирпичи оказались более прочными, чем железобетонные конструкции.

Как отмечают эксперты, при условии, что реальный марсианский грунт содержит такое же количество железа, как его имитация, колонизаторам понадобится лишь 3D-принтер для печати кирпичей. Если же окажется, что железа в почве Марса слишком мало, учёные обеспечат первых поселенцев его запасами.

Осталось изобрести робота-строителя, который возведёт дома на Марсе, и "квартирный вопрос" полностью решён, шутят исследователи.
Научная статья по итогам работы опубликована в издании Scientific Reports.

Научно-популярное онлайн издание "Меганаука"