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火星创业第一步先用火星混凝土盖个办公室

DeepTech深科技2018-08-04 11:55:10



如果人类要移民到火星,我们需要建造生活和工作所需的场所。研究人员已用“火星”土制得了成本低、高强度的混凝土。




人们对把人类送上火星的目标表现出越来越大的兴趣。各航空航天机构已开始研究这项任务面临的很多问题,其中最重要的是在运送过程中保护好人类。


但是,一旦人类到达这个红色星球后,他们将需要建造供其生活和工作的高品质建筑。人类可从地球带去一定的建筑结构,但这不是长久之计。首批移民者必须尽快找到一种利用火星资源建造建筑的方法,但怎么做呢?


如今,在美国西北大学万林(Lin Wan,音译)和同事的努力下,该问题得到解决。他们已经摸索出利用广泛可得的材料制造火星混凝土的方法。而且,关键是制造这种混凝土不使用水,而水是这个红色星球上一种十分宝贵的资源。


西北大学研究小组表示,火星建设热潮的主要材料将是硫。基本思路是把硫加热至约240℃,使之成为液态,再将其与火星土壤混合形成聚合物,然后将聚合物冷却。硫凝固后,使得聚合物变紧实,从而得到混凝土。这就是火星混凝土。


当然,使用硫加固聚合物的想法是老生常谈。工程师们对这种物质的试验至少持续了一个世纪。最初,他们发现硫基混凝土有一定问题。


一开始,硫冷却时,它固化形成单斜硫,然后转化为正交硫。正交硫在较低温度下是稳定的同素异形体。但是,在此过程中硫也将缩减,并且这种缩减会造成空洞,严重破坏材料。


更重要的是,在20世纪70年代,材料科学家研究用硫磺混凝土在月球上建造月球基地的可能性。他们很快发现,硫在真空中会升华(固体直接转化为气体)。因此,月球上的任何硫磺混凝土会很快消失变成醚。


因此,一个重要的问题是硫磺混凝土的强度和耐用性能否适应火星条件。


为了找到答案,万林和同事制造了一些硫基聚合物。他们用的是模拟火星土壤(以二氧化硅和氧化铝为主,还有其它成分,如氧化铁,二氧化钛,等等)。他们还测试了该聚合物中各种不同大小的颗粒。


测试过程简单直接。在制得含有不同百分比液态硫的聚合物样品后,将样品冷却成块状物。研究人员测量所得材料的物理性质,如抗压强度和失效机理。研究人员还用化学方法分析了该聚合物,并模拟了其行为。


研究结果很有趣。使用较小颗粒组成的聚合物减少了空隙形成,显著提升了材料强度。研究人员表示:“制造火星混凝土所需的最佳材料组合是50%的硫,50%的火星土壤,且聚合物颗粒的最大粒径为1毫米。


聚合物强度很高,抗压强度超过50兆帕,特别是固化时被压缩可减少空隙形成。该强度部分得益于硫与火星土壤相互作用形成的化学键。比较而言,地球上的住宅建筑标准要求混凝土的抗压强度为约20兆帕。


万林和同事也表示,火星的大气条件适合这种聚合物。“大气压力和火星上的温度范围足以维持这种硫磺混凝土结构。”


还有其他优点。火星混凝土可以通过加热来回收,从而使硫熔化。因此它可以被重复使用。与从地球携带材料相比,制造火星混凝土可以更快更容易,且成本较低。


这是一件很有趣的工作。这意味着火星上第一个永久结构应该很容易就被搭建。现在我们需要的是新一代火星建筑师设计出以火星混凝土为材料的建筑,使这些建筑适合人类居住和工作。


让我们拭目以待。人类第一次火星探测还需要好几年的时间。但可能会发生的事情是,首批入住这种结构的人类已诞生,并且正在与地球建筑截然不同的建筑物里成长。


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