Исследователи из Университета Делавэра (США) создали альтернативный цементу материал, который успешно выдержал шесть месяцев воздействия экстремальных условий космоса после установки снаружи Международной космической станции (МКС).
Потенциал лунного реголита
В ходе некоторых испытаний образцы, возвращенные на Землю, продемонстрировали механическую прочность, превышающую прочность идентичных образцов, хранившихся на земной почве. Эти результаты подтверждают возможность использования данного материала для создания инфраструктуры на Луне, поскольку доставка цемента с Земли является экономически нецелесообразной.
По мнению ученых, одной из альтернатив для возведения структур на поверхности Луны может стать сама лунная почва — реголит, представляющий собой слой пыли и фрагментов горных пород, покрывающий поверхность спутника. Норман Вагнер, профессор кафедры химической инженерии Университета Делавэра, пояснил, что «реголит по сути является силикатным материалом, схожим с глиной» и что он «является одним из самых распространенных материалов как на Земле, так и на Луне, что делает его интересным для строительства».
Лаборатория Вагнера занимается разработкой геополимеров — замены традиционному цементу, которые связывают глинистые материалы посредством химических реакций, исключая необходимость в высокотемпературных производственных процессах. Цель состоит в том, чтобы производить строительные материалы с использованием реголита с минимальным количеством добавок, тем самым снижая потребность в энергоемких промышленных процессах. Исследователи также считают, что эта технология может способствовать повышению устойчивости гражданского строительства на Земле.
Тестирование в условиях космоса
Для оценки поведения геополимеров в космических условиях команда отправила тонкие пластины, изготовленные с использованием коммерческих имитаторов лунного и марсианского реголита, в рамках миссии MISSE-20 НАСА. В течение полугода образцы оставались закрепленными на внешней стороне МКС, подвергаясь воздействию враждебной среды низкой околоземной орбиты.
После возвращения на планету исследователи обнаружили, что материалы не показали признаков деградации. Более того, в ряде случаев образцы продемонстрировали большую прочность по сравнению с эквивалентными материалами, которые находились на Земле в течение того же периода времени. Данное исследование было опубликовано в журнале Advances in Space Research.
Применение искусственного интеллекта
Помимо способности выдерживать космические условия, будущие строительные материалы для Луны должны быть надежно производимы непосредственно на лунной поверхности. Чтобы решить эту задачу, команда провела второе исследование, опубликованное в журнале Acta Astronautica, используя искусственный интеллект (ИИ).
Ученые разработали модель машинного обучения, которая позволяет прогнозировать прочность геополимеров на основе характеристик используемого реголита и способа обработки материала. По словам ученых, этот подход учитывает, что различные типы лунных глин могут обладать разными свойствами, требующими специфических методов производства.
Другая работа лаборатории Вагнера изучала поведение геополимеров на этапах смешивания, перекачки и формовки, до начала затвердевания. Исследователи определили переходную точку, известную как критическая точка геля, момент, когда материал перестает вести себя как формовочная паста и начинает формировать твердую структуру. Эксперименты показали, что проведение смешивания или сдвига до этого этапа не повлияло ни на время затвердевания, ни на конечную прочность материала. По мнению исследователей, это означает, что будущие инженеры смогут иметь большую свободу в манипулировании и обработке строительных материалов на Луне без ущерба для их качества. Этот труд был опубликован в специальном выпуске журнала Journal of Rheology, посвященном поведению материалов за пределами Земли.