Главная » Космос » Керамика из марсианского сырья

Керамика из марсианского сырья

Если люди когда-нибудь все-таки сумеют добраться до Марса и останутся там на продолжительное время жить и работать, возникнет вопрос максимального использования тамошних ресурсов для организации жизни членов экспедиций и поселенцев. Команда из Технического университета Берлина провела первые исследования в этом направлении, проведя для этого компьютерное моделирование марсианских почв. И из полученного материала они смогли изготовить вазы и круглые подставки.

Вазы, кружки и подставки из «марсианской керамики» в различных стадиях обжига. Фото: TU Berlin / David Karl

При этом цели ставятся весьма амбициозные. В 2030 годах американское космическое агентство NASA планирует совместно со своими международными партнерами осуществить первый полет с астронавтами к Марсу — путешествие в глубины космоса, которое вызывает огромный интерес исследователей во всем мире. Команда Берлинского Технического университета с кафедры керамических материалов Института материаловедения и технологий материалов тоже занялась экспериментами, связанными с возможным полетом на Марс.

И ученым в рамках своей работы впервые удалось из смоделированного марсианского грунта «JSC-Mars-1A» получить сложные геометрические формы в виде ваз и круглых элементов (подставок). Копирующий марсианскую почву (реголит) материал имеет вулканическое происхождение, и он взят со склона самой высокой на Гавайях горы Мауна Кеа. Сам материал был разработан Джонсоновским космическим центром NASA и предоставлен научной общественности и исследовательским центрам для изучения на предмет In-situ. Свойства же этого материала соответствуют свойствам марсианского реголита.

Расстояние между Марсом и Землей непостоянно и колеблется между 56 и 401 миллионом километров. Предполагается, что при современных технологиях путешествие туда займет до восьми месяцев. «Для пребывания на Марсе для членов экспедиции будет очень важно производить собственные изделия из местных материалов. Такая практика называется in-situ resource utilization (использование ресурсов «на месте»), и именно она заложена в основу наших опытов», — говорит Давид Карл из Технического университета Берлина. Он вместе с Францем Камуцки является руководителем этой научной работы.

«Наша «марсианская керамика» состоит из земли, которая в химическом смысле очень похожа на марсианскую почву. В ходе работы мы измельчили образец смоделированной почвы вместе с водой, залили в гипсовые формы и запекли», — объясняет Камуцки. — «Использовались при этом только «марсианский грунт», гипс, вода и энергия — все эти ресурсы присутствуют на Марсе или могут быть дам добыты».

«Сначала мы подвергли материал различным процессам предварительной подготовки. Мы обработали его предварительно термически, просеяли, обогатили органическими добавками, измельченными в диспергаторе, и вяжущими веществами, и, в конце концов, сделали вывод, что самый простой из проверенных вариантов оказался самым стабильным», — объясняет Карл. Ученые добавили в смоделированный марсианский грунт воду в пропорции 50:50, после чего на протяжении 48 часов перемешивали его с одновременным растиранием. Получившийся в результате шликер (глиняная суспензия) был разлит по гипсовым формам — для ваз и горшков, где материал принял форму, затем был высушен на воздухе и подвержен обжигу при температурах от 1000 до 1300 градусов. Результатом стали полноценные керамические изделия, которые, в зависимости от температуры обжига, обладают похожими или даже более высокими характеристиками прочности, чем фарфор.

«Мы были в достаточной степени удивлены хорошими механическими характеристиками нашей «марсианской керамики». Теоретически она представляет интерес для широчайшего спектра применения, практически для всего диапазона использования фарфора и фаянса, существующего на Земле: от посуды до технических деталей и строительных материалов». — рассуждает Камуцки о значении проведенного эксперимента.

Но почему же ученые начали именно с изготовления ваз? «В концептуальной фазе нашего проекта мы долго дискутировали вопрос, какие инструменты стали бы важными для наших марсианских колонистов», -рассказывают исследователи. — «В конце концов, мы остановились на форме «марсианской керамики» в такой геометрии, которая производилась на протяжении земной истории всеми цивилизованными культурами, использовались ими, и которые до сих пор используются в нашем мире».

Кроме того, команда подчеркивает, что с помощью разработанной и проверенной технологии можно изготавливать практически любые комплексные формы, в которых возникнет необходимость. Шликовое литье с использованием гипсовых форм пригодно для больших тиражей изделий одинаковой геометрии. Сейчас команда продолжает работу уже над новыми процессами, которые предполагают использование шликерных систем в 3D-принтерах. Теоретически такая дистанционно управляемая или полностью автоматическая технология может обеспечить возможность производства строительных элементов с гибкой геометрией, причем не только для работы на Красной планете, но и здесь, на Земле.