Materialeforskere laver Mars-beton

Der er stigende interesse for målet om at sende mennesker til Mars. Forskellige rumorganisationer er begyndt at studere de mange problemer, som en sådan mission ville give, ikke mindst beskyttelsen af ​​mennesker under rejsen.





Men når først mennesker ankommer til den røde planet, vil de kræve bygninger af høj kvalitet at bo og arbejde i. De kan tage visse strukturer med sig, men dette kan kun være en midlertidig løsning. De første kolonisatorer bliver hurtigt nødt til at finde en måde at bygge strukturer på ved hjælp af planetens egne ressourcer. Men hvordan?

I dag får vi et svar takket være arbejdet fra Lin Wan og venner på Northwestern University. Disse fyre har fundet ud af, hvordan man laver Mars-beton ved hjælp af materialer, der er bredt tilgængelige på Mars. Og det er afgørende, at denne beton kan dannes uden brug af vand, hvilket vil være en værdifuld ressource på den røde planet.

Nøglematerialet i et byggeboom i Mars vil være svovl, siger Northwestern-teamet. Grundtanken er at opvarme svovl til omkring 240 °C, så det bliver flydende, blande det med marsjord, der fungerer som et tilslag, og derefter lade det køle af. Svovlet størkner, binder tilslaget og danner beton. Voila - Marsbeton.



Tanken om at bruge svovl til at binde tilslag er naturligvis langt fra ny. Ingeniører har eksperimenteret med denne slags materiale i mindst et århundrede og fandt først ud af, at svovlbaseret beton havde sin rimelige andel af problemer.

Til at begynde med, når svovl afkøles, størkner det til monoklinisk svovl og omdannes derefter til orthorhombisk svovl, den stabile allotrop ved lavere temperaturer. Men det krymper også under denne proces, og denne krympning skaber hulrum og sætter spændinger op, der svækker materialet alvorligt.

Hvad mere er, i 1970'erne undersøgte materialeforskere muligheden for at bruge svovlbeton til at bygge månebaser på månen. De opdagede hurtigt, at svovl sublimerer i et vakuum - det bliver fra et fast stof direkte til en gas. Så enhver svovlbeton på månen ville hurtigt forsvinde i æteren.



Så et vigtigt spørgsmål er, om svovlbeton kan gøres stærk nok og holdbar nok til at være nyttig på Mars.

For at finde ud af det lavede Wan og co nogle. De brugte simuleret marsjord bestående hovedsageligt af siliciumdioxid og aluminiumoxid med andre komponenter såsom jernoxid, titaniumdioxid og så videre. De testede også forskellige størrelser af partikler i dette aggregat.

Testene var ligetil. Efter at have blandet aggregatet med forskellige procentdele af smeltet svovl og ladet prøverne afkøle til blokke, målte de de fysiske egenskaber af de resulterende materialer, såsom deres trykstyrke og fejlmekanismer. De analyserede også blandingen kemisk og simulerede dens adfærd.



Resultaterne giver interessant læsning. Det viser sig, at brug af et aggregat af mindre partikler reducerer dannelsen af ​​hulrum, hvilket markant øger materialets styrke. Den bedste blanding til fremstilling af Marsbeton er 50 procent svovl og 50 procent Marsjord med en maksimal tilslagsstørrelse på 1 mm, siger de.

Og det er stærkt stof, der når en trykstyrke på over 50 MPa, især hvis det komprimeres under hærdning for at reducere dannelsen af ​​hulrum. Denne styrke er også delvist et resultat af de kemiske bindinger, som svovl danner med Mars-jorden. Til sammenligning kræver boligbyggeristandarder på Jorden beton med en trykstyrke på omkring 20 MPa.

Wan og co siger også, at de atmosfæriske forhold på Mars er velegnede til disse ting. Både det atmosfæriske tryk og temperaturområdet på Mars er tilstrækkelige til at være vært for svovlbetonstrukturer, siger de.



Og der er andre fordele. Marsbeton kan genbruges ved at varme det op, så svovlet smelter. Så det kan genbruges gentagne gange. Den er også hurtighærdende, forholdsvis nem at håndtere og ekstremt billig sammenlignet med materialer hentet fra Jorden.

Det er interessant arbejde. Det betyder, at de første permanente strukturer på Mars burde være ligetil at lave. Alt, hvad vi har brug for nu, er en ny generation af Mars-arkitekter til at designe bygninger lavet af Mars-beton, som vil være passende strukturer for mennesker at leve og arbejde i.

Tiden vil være på deres side. De første menneskelige missioner til Mars er et par år væk endnu. Men det er bare muligt, at de første mennesker, der lever i disse strukturer, allerede er født og vokser op i ret forskellige bygninger på Jorden.

Ref:arxiv.org/abs/1512.05461: Et nyt materiale til in situ-konstruktion på Mars: eksperimenter og numeriske simuleringer

skjule