Группа китайских ученых недавно достигла значительной вехи в разработке материалов для строительства будущих космических баз на Марсе. Исследование, проведенное Синьцзянским техническим институтом физики и химии при Китайской академии наук (CAS), продемонстрировало возможность непрерывного производства волокнистых материалов из смоделированной марсианской почвы.
Используя земной базальт, химический и минеральный состав которого схож с марсианским грунтом, команде удалось получить волокна путем полного плавления при температуре 1360 °C и прядения, что подтверждает возможность производства композитных материалов, армированных волокнами, для использования в строительстве инфраструктуры.
Этот процесс может помочь в создании прочных и долговечных конструкций непосредственно на марсианском грунте из местных материалов. То есть, значительно сократить необходимость транспортировки материалов с Земли.
Строительство на Марсе
Идея использования материалов, найденных на Марсе, для строительства человеческих поселений не нова. Например, НАСА вложило значительные средства в разработку технологий 3D-печати, которые позволяют использовать марсианский реголит в качестве сырья для строительства среды обитания. Одним из таких проектов является Mars Ice House — концепция, которая предполагает использование льда на Марсе в качестве строительного материала, используя его изоляционные и защитные свойства от космической радиации.
Аналогичным образом Европейское космическое агентство (ESA) провело исследования лунного реголита, который по своим характеристикам схож с марсианским, для строительства лунных баз методом 3D-печати.
Эти проекты объединяет общая цель — снизить зависимость от земных ресурсов, сделать долгосрочные миссии более устойчивыми и проложить путь к гипотетической колонизации Солнечной системы в будущем.
Волокна с оптимальными механическими свойствами
Самым удивительным результатом исследования, проведенного китайскими учеными, стало подтверждение того, что волокна, полученные из смоделированного марсианского грунта, обладают оптимальными механическими свойствами для использования в армированных композитных материалах.
В процессе плавления и прядения было замечено, что более низкие скорости прядения позволяют создать более плотную атомную структуру в волокнах, повышая их устойчивость к внешним повреждениям. Этот тип волокон может стать основой для создания жилых модулей и структур, способных противостоять суровым условиям окружающей среды Марса, таким как низкая гравитация и разреженная атмосфера.
Возможность производить материалы непосредственно на Марсе резко снизит стоимость и логистическую сложность миссий, поскольку отпадет необходимость в транспортировке больших объемов материалов с Земли. Кроме того, эта технология может быть адаптирована для использования на других небесных телах, таких как Луна, что расширит возможности освоения и заселения космоса человеком.
Морфология и свойства марсианской почвы, смоделированной с помощью земного базальта. (A-C) СЭМ-изображения при различных увеличениях. (D) Минеральные фазы симулятора и спектры XRD. (E) Кривая DSC образца. (F) Кривая зависимости температуры от вязкости образца.
Последствия для освоения космоса
Последствия этого исследования кажутся многообещающими. Возможность производить строительные материалы непосредственно на Марсе не только представляет собой шаг к самообеспечению гипотетических будущих космических колоний, но и может произвести революцию в планировании и осуществлении межпланетных миссий.
С перспективой снижения затрат и рисков, связанных с транспортировкой материалов с Земли, освоение дальнего космоса становится более осуществимым (а также устойчивым). Кроме того, эти достижения открывают возможности для международного сотрудничества в разработке передовых космических технологий, стратегий и инновационных идей для будущих миссий.
По словам ученых, безусловно, возникнет ряд проблем, таких как влияние марсианской среды (например, низкой гравитации и инертной атмосферы) на свойства волокон, а также разработка и интеграция оборудования для прядения волокон.
Кроме того, поскольку на Земле сложно смоделировать марсианскую среду, исследователи намерены провести демонстрационные испытания на орбите, на китайской космической станции «Тяньгун», чтобы изучить свойства волокон, полученных в различных условиях.
