Z czego budować na Marsie?

Już w tej dekadzie SpaceX planuje wysłać pierwszych ludzi na Czerwoną Planetę, w celu stworzenia na niej pierwszej kolonii. Jednym z czekającym nas wyzwań, jest wybranie odpowiedniego materiału, z którego powstaną tam pierwsze konstrukcje budowlane.

Proponuje się wykorzystanie surowców łatwo dostępnych na Marsie. Pierwszym ze składników przyszłego budulca jest regolit – wierzchnia, zwietrzała i rozdrobniona warstwa tlenków pokrywająca Planetę. Jego mieszanina z powszechnie występującą na planecie siarką, pełniącą w materiale rolę spoiwa, pozwala utworzyć tzw. „Marsjański Beton”. Aby otrzymać gotowy produkt należy ogrzać mieszaninę powyżej temperatury topnienia siarki, a następnie schłodzić.

Koncepcja wykorzystania tego pierwiastka jako spoiwa do produkcji betonu nie jest nowa. Beton siarkowy stosuje się, gdy wymagana jest większa wytrzymałość na ściskanie i zginanie, odporność korozyjna w środowiskach: kwaśnym i solnym oraz szybszy czas utwardzania, od jego zwykłego zamiennika. Przykładowo znajduje on zastosowanie przy budowie zbiorników i rur kanalizacyjnych. Stosuje się go także w celu wytwarzania obciążników stabilizujących linie trakcyjne. Czy siarkowy beton, wytworzony z materiałów dostępnych na Czerwonej Planecie, może okazać się użyteczny? Aby odpowiedzieć na to pytanie, materiał ten zbadano w Northwestern University.

W celu uzyskania najlepszych właściwości mechanicznych Marsjańskiego Betonu okazuje się, iż należy zmieszać jego składniki w równych sobie proporcjach. Otrzymany materiał nie ustępuje swojemu konwencjonalnemu odpowiednikowi, złożonego z cementowego spoiwa, wypełniacza oraz wody. Cechuje się on dobrą wytrzymałością na ściskanie, przewyższającą 50 MPa. Dla porównania minimalna wytrzymałość na ściskanie betonu do budowy domu na Ziemi wynosi 20 MPa. Oprócz tego pamiętajmy, że na naszą korzyść działa mała siła grawitacji na Marsie – prawie trzykrotnie mniejsza od tej na Ziemi, dzięki czemu obiekty o tej samej masie mają odpowiednio mniejszy ciężar. Ponadto beton charakteryzuje się odpornością na korozję w roztworach kwasów oraz soli. Zachowuje on także swoje właściwości w obniżonych temperaturach. Materiał ten jest w 100% odnawialny. Po przetopieniu spoiwa jesteśmy w stanie odzyskać wszystkie surowce, które mogą zostać ponownie wykorzystane, bez obawy o utratę własności mechanicznych betonu. Co więcej, okazuje się, że taki zabieg wpływa pozytywnie na wytrzymałość materiału.

Wykorzystanie łatwo dostępnego na Marsie regolitu oraz siarki jest zarówno praktyczne, jak i ekonomiczne. Dobre właściwości mechaniczne oraz odporność na działanie suchego i zimnego środowiska Czerwonej Planety czynią Marsjański Beton propozycją wartą rozważenia, gdy przyjdzie pora na wznoszenie tam pierwszych konstrukcji. Nie pozostaje nam nic, oprócz oczekiwania na powstanie pierwszych wieżowców, pokrywających powierzchnię Czerwonej Planety.

PS. Zaczniemy zapewne od mniej skomplikowanych budowli.

Bibliografia:

• „A novel material for in situ construction on Mars: experiments and numerical simulations” Lin Wana, Roman Wendnerb, Gianluca Cusatis, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.05.046
• „Sulphur concrete's technology and its applicattion to the building industry” Natalia Ciak, Jolanta Harasymiuk, http://www.uwm.edu.pl/wnt/technicalsc/tech_16_4/ciak.pdf
• https://www.spacex.com/mars
• https://vancouverreadymix.com/mpa-explained/

Photo credit (“Mars”): NASA/JPL/Cornell University (https://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA04413)