Ученые предложили не летать на Марс со своим цементом

Для дальнейшего освоения космоса рано или поздно понадобится инфраструктура, которой пока не существует: различные космические здания, жилые дома и посадочные площадки для ракет.

Где взять для всего этого строительные материалы? Доставка слишком накладна, а на других планетах не продают ни вагонку, ни цемент.

Если мы собираемся жить и работать на другой планете, такой как Марс или Луна, нам нужно научиться делать бетон, причем делать его на местах, ведь мы не можем просто взять и привезти его с собой,

— отметил Норман Вагнер, завкафедрой химической и биомолекулярной инженерии университета Делавэра.

Ученым ничего другого не оставалось, как начать исследовать возможность использования глиноподобных материалов верхнего слоя почвы Луны или Марса в качестве основы для внеземного цемента. Чтобы все получилось, понадобится связующее вещество для склеивания внеземных исходных материалов химическим путем.

Одно из требования к такому материалу — достаточно высокая прочность, чтобы можно было возводить из него вертикальные стартовые площадки, необходимые для защиты ракет от каменных вихрей, пыли и другого мусора во время взлета или приземления.

Чтобы сразу снять этот вопрос: обычный цемент для использования в условиях космоса категорически не подходит.

Вагнер с коллегами из университета Делавэра успешно преобразовали смоделированные лунные и марсианские почвы в геополимерный цемент, который считается отличной альтернативой обычному цементу.

Также ученые создали фреймворк для сравнения разных типов геополимерных цементов и их характеристик.

Так выглядели образцы имитирующих материалов

Результаты опубликованы в издании Advances in Space Research. А еще работу осветили в издании Advances in Engineering.

Геополимерный цемент

Геополимеры — это неорганические полимеры, образованные из алюмосиликатных минералов, которые содержатся в обычных глинах. Алюмосиликатные минералы состоят из алюминия, кремния, кислорода и контркатионов.

При смешивании с растворителем с высоким pH, например, с силикатом натрия, глина растворяется, высвобождая алюминий и кремний, которые затем используют в реакции с другими материалами для получения новых структур, таких как цемент.

Почва Луны и Марса тоже содержит обычные глины. Этот факт заставил исследователя Марию Кацарову из университетской лаборатории задуматься о том, нельзя ли активировать с помощью геополимерной химии смоделированные лунные и марсианские почвы так, чтобы они стали похожи на бетон. Мария презентовала идею НАСА и получила грант на дальнейшее исследование. Вместе с докторантом Дженнифер Миллс они готовили геополимерные связующие из разных материалов и сравнивали их характеристики.

Все это не так уж просто. Нельзя заставить работать любую глину. В реакциях есть свои метрики, которые нельзя не учитывать,

— сообщил Вагнер.

Исследователи смешали разные варианты имитирующих глин с силикатом натрия, затем залили геополимерную смесь в формы, похожие не формы для льда, и стали ждать реакции.

Спустя семь дней ученые измерили размер и вес каждого кубика, а затем раздавили их все по очереди, чтобы понять как тот или иной кубик ведет себя под нагрузкой. В частности, исследователи хотели понять, влияют ли незначительные различия в химическом составе имитирующих почв на прочность материала.

Когда ракета взлетает, на стартовую площадку производится колоссальная нагрузка, которую строительный материал должен выдерживать. Именно поэтому прочность материала на сжатие становится едва ли не ключевым показателем, — заявил Вагнер.

— Нам удалось создать такие кубики, которые обладают необходимой прочностью.

Также ученые посчитали, сколько земных материалов астронавты должны будут взять с собой, чтобы построить посадочную площадку на поверхности Луны или Марса. Выяснилось, что расчетное количество (от сотен до тысяч килограммов) вполне укладывается в показатели грузоподъемности ракеты.

Имитация космических условий

Исследователи подвергали образцы условиям, которые наблюдаются в космосе, включая вакуум, а также низкие и высокие температуры. Результаты оказались весьма информативными.

В вакууме некоторые образцы действительно образовывали цемент, в то время как другие справлялись с задачей лишь частично.

В целом прочность образцов на сжатие в вакууме снизилась по сравнению с геополимерными кубиками, отвердевающими при комнатной температуре и земном атмосферном давлении. Это натолкнуло ученых на новые соображения.

Нам придется искать компромисс, как изготавливать внеземные стройматериалы — в среде под давлением, чтобы добиться максимальной прочности, или в условиях поверхности Марса или Луны, если удастся сделать достаточно хороший материал для наших задач,

— сообщила Миллс.

Не менее удивительным оказалось то, что при низких температурах около -80 градусов Цельсия геополимерные материалы вообще не вступали в реакцию.

Возможно, для достижения требуемой прочности, которую мы наблюдаем при комнатной температуре, придется использовать некий ускоритель, — добавила Миллс.

— Не исключено, что для достижения необходимых показателей геополимер нужно нагреть или добавить какие-то еще компоненты в смесь.

При высоких температурах, около 600 градусов Цельсия, ученые заметили увеличение прочности всех образцов геополимеров. Физическая природа геополимерного цемента также изменилась под воздействием тепла.

Геополимерные кубики стали гораздо более хрупкими и разрушались или разламывались пополам под воздействием силы,

— отметила Миллс.

Ученые сделали вывод, что важную роль в прочности материала могут играть химический состав и размер частиц. Например, частицы меньшего размера повышают прочность полученного материала.

Другой вероятный фактор: в исходных материалах сложно оценить содержание алюмосиликатов, которые также могут оказывать влияние на итоговые характеристики.

Для прилунения нужна твердая и прочная площадка

Что все это значит

Правильный рецепт имеет огромное значение. Очень важно понимать, что влияет на прочность материала, ведь астронавтам, возможно, придется набирать глину из разных мест на поверхности планет.

Результаты исследования можно использовать для изготовления геополимерных цементов на Земле. Они экологичнее и доступнее. Для их производства требуется меньше воды, поскольку, в отличие от традиционного цемента, вода в реакции не расходуется: ее можно будет очищать и использовать повторно, а это огромное преимущество в условиях дефицита воды на других планетах.

Сейчас ученые исследуют способы использования геополимерных цементов в 3D-печати домов, а также активацию геополимеров с помощью микроволновых технологий. Микроволны могут ускорить затвердевание геополимеров, что однажды, вероятно, поможет создавать твердый и прочный бетон — и в космосе, и на Земле.

10.08.2022


Подписаться в Telegram



Дом

Знак качества: построено из песка и бактерий
Знак качества: построено из песка и бактерий

Исследователи успешно вырастили бактериальные ...

Ученые из Токио представили проект окон для подвальных помещений
Ученые из Токио представили проект окон для подвальных помещений

Ученые Института промышленных наук IIS Токийск...

Дома будущего будут расти как грибы
Дома будущего будут расти как грибы

Ученые в надежде снизить воздействие стро...

В Москве открыли цифровой отель
В Москве открыли цифровой отель

Все клиентские процессы в новом отеле, от...

Ученые предложили не летать на Марс со своим цементом
Ученые предложили не летать на Марс со своим цементом

Для дальнейшего освоения космоса рано или...

Нейросеть ловит земельно-имущественных нарушителей в Москве
Нейросеть ловит земельно-имущественных нарушителей в Москве

С начала года нейросети проанализировали почти...

В Японии открыли “умный” мегаполис Цунасима
В Японии открыли “умный” мегаполис Цунасима

26 марта, в Японии, неподалеку от Йо...

С новым роботом каменщики останутся без работы
С новым роботом каменщики останутся без работы

Инженеры австралийской компании Fastbrick Robo...

Умные лестницы упростят тысячелетнюю нагрузку
Умные лестницы упростят тысячелетнюю нагрузку

Исследователи из университета Emory изобр...

Ученые выяснили, что разрушает цемент изнутри
Ученые выяснили, что разрушает цемент изнутри

Как основной строительный материал во все...

Бетон становится прочнее из-за ничего и кое-чего еще
Бетон становится прочнее из-за ничего и кое-чего еще

Итак, давайте разберемся, что потребуется...

Открыта форма идеальной арки
Открыта форма идеальной арки

Ученые из университета Уорика добились вп...

Приобрести участок под дачу полезно для здоровья
Приобрести участок под дачу полезно для здоровья

Покупка участка земли – это отличны...

Установлен оптимальный материал для соединения и пароизоляции
Установлен оптимальный материал для соединения и пароизоляции

Для осуществления воздухоизоляционных и п...

Новые строительные материалы сделают городской воздух чистым
Новые строительные материалы сделают городской воздух чистым

Мировые попытки очистить воздух трансформируют...

Биочерепица придет на смену современным кровельным материалам
Биочерепица придет на смену современным кровельным материалам

Ученые из института Фраунгофер продемонст...

Новый проект контракта минимизирует неплатежи по ипотеке
Новый проект контракта минимизирует неплатежи по ипотеке

Поскольку рост неплатежей по ссудам под&n...

"Город-сказку, город-мечту" построят в пустыне
"Город-сказку, город-мечту" построят в пустыне

Не имеющее аналогов сооружение высотой 450 мет...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Nature: Поражение лёгких при COVID долго не проходит из-за реакции иммунитета
Nature: Поражение лёгких при COVID долго не проходит из-за реакции иммунитета
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности
Nature Communications: Доказана перспективность универсальной вакцины от гриппа
Nature Communications: Доказана перспективность универсальной вакцины от гриппа
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад
В МТУСИ разработали систему отслеживания модели человека во время фитнеса
В МТУСИ разработали систему отслеживания модели человека во время фитнеса
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Московский Политех открывает «Книгу будущего» для развития инновационных изданий
Московский Политех открывает «Книгу будущего» для развития инновационных изданий
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое
Advanced Materials: Гидрогелевое средство контрацепции сможет лечить эндометриоз
Advanced Materials: Гидрогелевое средство контрацепции сможет лечить эндометриоз
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов

Новости компаний, релизы

Московский вуз готовит профессионалов для защиты учебных заведений
Ведущие игроки агрорынка представят новинки на «Дне поля» в Агробиотехнопарке Казанского ГАУ
Московский Политех и ведущие российские компании запускают 79 практико-ориентированных образовательных программ
Студенты Университета МИСИС выиграли 2.8 млн рублей в хакатоне «Лидеры цифровой трансформации»
U-NOVUS 2024: технологическое развитие России немыслимо без университетов и инвестиций бизнеса в техпред