Астрономия

Бетонное строительство на Марсе с использованием местных материалов

Представьте, что вы только что прибыли на Марс в составе первого отряда поселенцев. Ваша первая задача: построить долговременное жилое пространство, используя местные материалы. Это может включать воду из полярных ледяных шапок, смешанную с некоторыми поверхностными почвами. Они могут даже потребовать очень личного вклада – вашей крови, пота и слез. С этими на месте Материалы — это задача, которую команда иранских инженеров изучала в рамках исследовательского проекта по изучению местных материалов на Марсе.

На месте Использование ресурсов всегда было частью миссий на Марс и сценариев колонизации. Привозить материалы для строительства жилищ дорого, а пространство на борту корабля ограничено. Поселившись на Марсе, вы сможете использовать свой корабль в качестве жилого помещения, пока не построите новую колонию. Но из чего вы хотите создавать новые дома?

На ум приходят цемент или бетон, сделанные из того, что находится на поверхности или чуть ниже ее. Авторы исследования Омид Каримзаде Сурешжани, Али Массуми и Гхолмреза Нури сосредоточили свое внимание на марсианском цементе. Они собрали наборы данных о составе почвы с марсианских и орбитальных аппаратов и создали коллекцию конкретных типов, которые могли бы использовать будущие колонисты. Затем они применили принципы строительного проектирования и предложили некоторые варианты строительства на месте, используя так называемые диаграммы и карты «паук/радар». Это позволяет проектировщикам зданий применять данные к различным концепциям архитектуры Марса.

Графика, показывающая этапы изучения возможных строительных материалов на Марсе. С разрешения: Сурешжани и др.
Графика, показывающая этапы изучения возможных строительных материалов на Марсе. С разрешения: Сурешжани и др. Нажмите, чтобы увеличить.

Постройте этот марсианский город

Авторы, как и большинство из нас, ожидают, что постоянные поселения появятся в ближайшие несколько десятилетий. Они пишут: «Целью будет построить на поверхности Марса самодостаточный город (самодостаточную мегабазу), способный вместить как минимум миллион человек. Строительство безопасных, стабильных и достаточных зданий, способных противостоять суровым марсианским условиям». Однако окружающая среда для такого населения будет непростой задачей. Из-за высоких затрат, связанных с импортом зданий, материалов и конструктивных элементов из земли, все здания необходимо строить на месте, используя местные ресурсы».

Давайте посмотрим на удобство использования и экономическую эффективность марсианского грунта (реголита). С химической точки зрения он богат необходимым количеством элементов для производства различных типов бетона. Конечно, не все реголиты одинаково полезны, поэтому они предлагают сканировать поверхность, чтобы найти лучшие смеси поверхностных материалов. Вероятно, эти сканы помогут будущим жильцам найти лучшие коллекции. Доступ к этому сырью со всего мира должен в конечном итоге сделать его экономически эффективным.

Проблемы строительства Марса

Конечно, в таком строительном проекте играют роль и другие факторы, помимо доступности материалов. Здесь, на Земле, у нас есть многовековой опыт строительства гравитационного колодца из знакомых материалов. Мы знаем, как строить вещи при таком атмосферном давлении, и нам не приходится иметь дело с суровыми условиями планеты, постоянно бомбардируемой ультрафиолетовым излучением. Марс представляет собой проблему создания зданий, которые должны противостоять этому излучению, более низкому давлению воздуха и нехватке воды. Это более низкое давление и гравитация на Марсе могут серьезно повлиять на долговечность конкретного бетона, изготовленного из марсианских материалов.

Помимо планетарной геологии и состояния поверхности, энергия также требуется для сбора, обработки и производства строительных материалов, необходимых для долгосрочного проживания. Особенно когда вы только начинаете, вам нужен простой и недорогой источник энергии. Вряд ли атомные электростанции будут первыми в этом списке. Они требуют огромного количества ресурсов. Может быть, их и удастся построить позже, но не в первой волне. На начальном этапе предпочтительным ресурсом будет солнечная энергия. Кроме того, для производства цемента необходима вода. А вода является особенно дефицитным ресурсом на большей части Марса, за исключением полюсов. Они могли бы добыть немного воды из ледяных шапок, но вы, вероятно, захотите найти способ производить хороший цемент с наименьшим количеством воды.

Использование органических связующих для строительных блоков Mars Home.

Интересно, что авторы упоминают нечто под названием «Bloodcrete» или его современную версию: AstroCrete. Это концепция, основанная на древнеримской практике использования органических добавок в строительных материалах (например, крови животных, мочи и т. д.). Хотя они не утверждают, что будущим марсианам придется «проливать кровь за свое искусство», наши тела довольно легко производят плазму. Это может быть полезный ресурс.

Вещество под названием «человеческий сывороточный альбумин» (HAS) в настоящее время изучается в качестве связующего агента для смешивания с материалами «AstroCrete», а также с потом, слезами и мочой. Все это будет в относительном изобилии присутствовать в будущих марсианских поселениях. Созданный из марсианской почвы и «вклада» человека, AstroCrete представляет собой прочный строительный материал, на который можно положиться (и надеяться, что он не слишком плохо пахнет). По сути, AstroCrete представляет собой безводный цемент.

 Изображения в видимом свете 3D-печатного HSA-ERB на основе Martian Global Simulant. а) после изготовления, б) во время испытания на сжатие и в) после испытания на сжатие.
Изображения в видимом свете 3D-печатного HSA-ERB на основе Martian Global Simulant. а) после изготовления, б) во время испытания на сжатие и в) после испытания на сжатие. С разрешения Робертсада и др.

Изучите возможности

Авторы рассмотрели 11 видов цемента, в том числе геополимерные и магниево-кремнеземные смеси, каждый из которых требует определенных материалов. Они отмечают, что серобетон, вероятно, будет наиболее многообещающим маршрутом для строительства сооружений на Марсе. Другие требуют дальнейшего изучения и внедрения, чтобы понять возможность их использования в марсианских условиях. В долгосрочной перспективе поиск и понимание материалов, доступных на Красной планете, поможет будущим колонистам построить необходимые среды обитания и города. Наконец, авторы отмечают, что необходимы дополнительные исследования как материалов, так и марсианской среды с использованием данных текущих и будущих миссий. Стоит прочитать ее эссе подробнее.

Дополнительная информация

Mars Building: осуществимый цемент/бетон для устойчивого строительства на месте с точки зрения конструкции
Марсианский бетон может оказаться твёрдым материалом
Кровь, пот и слезы: биокомпозиты инопланетного реголита с в естественных условиях связующее

Кнопка «Наверх»