Космический бетон: осторожный взгляд в будущее

Не так давно полеты в космос считались фантастикой, а сегодня мы уже задумываемся о колонизации других планет. Пока только в Солнечной системе, но кто знает, какие прорывы нас ждут в обозримом будущем?

Поэтому ученые уже сейчас задумываются о том, как и из чего возводить здания на Марсе или Луне. И озадачивают космонавтов проведением различных исследований и экспериментов со строительными материалами.

Тестирование цементных растворов в космосе

Пресс-центр NASA сообщил, что компанией Orbital ATK в конце мая текущего года с космодрома Wallops (США) была запущена ракета-носитель Antares. Она вывела на орбиту грузовой аппарат Cygnus с грузом, общий вес которого составил около 3,5 тонн.

Помимо оборудования, провианта и других необходимых космонавтам вещей, он доставил на борт Международной космической станции различные образцы цемента для проведения целой серии лабораторный испытаний.

Эти испытания и тесты должны помочь ученым в решении следующих задач:

1. Понять механизм застывания цементных растворов вне земной гравитации;
2. Разработать новые материалы, пригодные для строительства в космосе, при организации первых поселений сначала на Луне и Марсе, а в далекой перспективе – и на других планетах.

Строительство будущих космических баз планируется вести с использованием современных технологий, а именно – с помощью 3D-принтеров.

Кроме этих образцов астронавты орбитальной станции также получили лабораторию Cold Atom (холодный атом). Она предназначена для проведения экспериментов при экстремально низких температурах, близких к абсолютному нулю (минус 273,15 градусов по Цельсию).

Такую температуру будет генерировать специальная холодильная установка. Цель эксперимента – максимальное замедление движения атомов для разработки высокочувствительных квантовых компьютеров, сенсоров и других электронных приборов.

Здания из лунного бетона

Даже если ученым удастся эксперимент по созданию бетона в условиях микрогравитации, доставлять для него исходные материалы с Земли будет нерентабельно и вряд ли целесообразно. Но, изучив поведение уже используемых составов в космосе, они надеются понять, как получить новые формулы бетона, задействовав сырье, добытое на небесном теле.

Пока благодаря относительной близости к нашей планете наиболее разведанной в геологическом отношении является Луна. Несколько её ресурсов представляют особую ценность.

Это:

• Анортит – минерал, из которого состоит большая часть лунных гор. Встречается он и на Земле, поэтому хорошо изучен.
• Оксиды железа, которыми богаты лунный грунт и скальные породы.
• Реголит – сам лунный грунт.
• Базальт.
• Водяной лед.

Наличие этих ресурсов в одном месте позволило бы добывать на Луне чистый металлический алюминий и кальций, а также выплавлять сталь и чугун. Дело в том, что анортит очень богат алюминием и кальцием, поэтому для человечества было бы неплохо научиться добывать эти металлы прямо на месте, используя лунные плавильные печи, энергию которым будут давать солнечные батареи.

А необходимое для создания сплавов железо получается при нагревании его оксида до 800 градусов в присутствии водорода, который в большом количестве присутствует в лунном грунте.

Дело за малым: построить доменные печи. Их предполагается делать из базальта. Но для нормальной работы такого завода потребуются административные и жилые здания, как быть с ними? Вот тут и потребуется лунный бетон, над созданием которого и работают современные ученые.

Как и земной, состоять он будет из цемента, заполнителя и воды:

• В качестве заполнителя будет использоваться реголит;
• Роль цемента должны исполнить анортит и другие минералы, богатые кальцием;
• Воду можно получить, растапливая лунный лед.

НАСА уже даже создало лунный бетон, используя реголит, доставленный на Землю астронавтами Аполлона-16 в 1972 году. Результат пока далек от совершенства, но начало положено.

В планах ученых – создать материал, поглощающий космическую радиацию, и выдерживающий перепады температур от минус 150 до плюс 120 градусов Цельсия. Мало того, лунный бетон планируется укреплять стекловолокном, также производимым на месте из того же анортита, в состав которого входят и силикаты.

Стекло потребуется и для создания окон в зданиях. А так как влажность на Луне минимальная, в его составе практически не будет воды, что наделит его лучшими оптическими свойствами, чем у стекла, производимого на Земле.

Возможно, не всем из нас суждено увидеть первые лунные или марсианские поселения даже на фотографиях. Но их проектированием уже сейчас занимаются лучшие умы нашей планеты.