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Ziegel aus falschem Marsboden sind überraschend stark

2022

3.0 - Jacobs School of Engineering, Universität von San Diego

Wenn Sie der Meinung sind, dass es schwierig ist, ein Haus auf der Erde zu bauen, versuchen Sie, eines auf dem Mars zu bauen. Jedes Pfund Material, das wir zum Roten Planeten versenden, kostet Tausende von Dollar. Wissenschaftler wollen daher unsere zukünftigen Mars-Kolonien aus Materialien lokaler Herkunft konstruieren, nämlich Mars-Dreck. Aber das ist schwieriger als es klingt.

Mars ist kalt, was den 3D-Druck mit feuchtem Marsbeton zu einer Herausforderung macht. Wir könnten den Regolith in Lava schmelzen und in Formen gießen oder ihn mit Lasern schmelzen, aber beide Methoden würden viel Energie in Anspruch nehmen. Wir könnten versuchen, den Schmutz mit Polymeren zusammenzuhalten, aber dann würden wir viel Geld für den Versand von Polymeren zum Mars ausgeben.

Eine neue Strategie, die in den wissenschaftlichen Berichten von Nature vorgeschlagen wurde, ist in ihrer Einfachheit ansprechend: Was ist, wenn wir den Marsboden nur in superstarke Ziegel glätten? Genau das haben Forscher der University of California in San Diego versucht. Der Maschinenbauer Yu Qiao und seine Kollegen verwendeten nur eine Kolbenpresse und etwas Erde, die die Eigenschaften des Marsschmutzes simuliert, und formten Nickel-Ziegelsteine, die fester als Stahlbeton sind.

Das Team entdeckte versehentlich diese einzigartige Eigenschaft. Zuerst experimentierten sie mit der Herstellung von Martian-Steinen unter Verwendung von Polymer-Bindemitteln. Um die hypothetischen Wege zwischen Erde und Mars zu verringern, reduzierten sie schrittweise die Menge an Bindemittel in ihren Proben, um festzustellen, welche Menge am wenigsten benötigt wurde. "Als wir den Bindemittelgehalt auf 0 reduzierten und es immer noch eine gewisse Festigkeit aufwies", sagt Qiao, "stellten wir fest, dass das Material selbst etwas Interessantes aufweist."

Wenn es mit ungefähr so ​​viel Kraft wie ein Schlaghammer zusammengedrückt wird, scheinen sich die Eisenoxidpartikel im Bodensimulator - das sind die Partikel, die dem Mars seine charakteristische rote Farbe verleihen - zu verbinden, was den Ziegel überraschend stark macht.

Philip Metzger, ein Planetenphysiker, der Marsbodenmechanik an der Universität von Zentralflorida studiert, sagt, die Ergebnisse seien interessant, warnt jedoch davor, dass sich echter Marsboden möglicherweise anders verhält.

"Das ist auch unsere Sorge - alle sorgen sich", sagt Qiao.

Das von ihm verwendete Simulans wurde von der NASA entwickelt und gilt als eines der besten Mars-Bodensimulanzien. Die Zusammensetzung unterscheidet sich jedoch von dem, was wir auf dem Mars gesehen haben. So enthält das Simulans etwa dreimal so viel Aluminiumoxid und sechsmal so viel Titanoxid wie der Mars-Regolith. Und es kommt aus dem regnerischen Hawaii, wo sich die Verwitterungsprozesse, die sich auf die Korngröße und die Mineralien auswirken, erheblich von unserem trockenen, eisigen Nachbarn unterscheiden. Oder anders gesagt, sagt Metzger. Es sieht aus wie Mars, aber es gibt keine Garantie dafür, dass es sich wie Mars verhält. "

Idealerweise wird das zukünftige Raumschiff eines Tages echten Boden vom roten Planeten zurückbringen, damit die Wissenschaftler alles darüber erfahren und seine Eigenschaften testen können. Eine solche Mission steht jedoch noch nicht in den Büchern. Bis dahin oder bis sie einen Ziegelroboter zum Mars schicken können, können Qiao und sein Team am besten mit verschiedenen chemischen Zusammensetzungen und Korngrößen und -formen experimentieren. "Dies wird eine fortgesetzte Anstrengung sein, sagt Qiao.

Und es gibt eine weitere mögliche Einschränkung, sagt Metzger: Die Eisenoxide, die die Ziegel zusammenbinden, befinden sich nur in einer dünnen Schicht auf einem Großteil der Marsoberfläche, was es schwierig machen würde, ausreichend Material für den Bau eines zu sammeln menschliche Obdach an den meisten Orten. Es gibt einige Stellen, an denen sich der rote Staub bis zu dreißig Zentimeter tief ansammelt, und diese Strategie der Ziegelherstellung könnte dort eine sehr gute Option sein.

Metzger (der intensiv mit der NASA zusammengearbeitet hat) sagt, dass die Weltraumbehörde zwar mit größerer Wahrscheinlichkeit in eine Technologie investiert, die überall auf der Welt eingesetzt werden kann, und dass sie mit Sicherheit auch auf dem Mars funktionieren würde, die Arbeit des UCSD-Teams jedoch möglicherweise noch finden Sie eine Verwendung auf der Marsoberfläche.

"Das ist vielleicht nicht gut genug für die NASA, da es die Position eines Außenpostens einschränkt", sagt Metzger, "aber für Elon Musks Mars-Kolonie könnte es perfekt sein."

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