Бетон из картошки оказался в 2 раза прочнее обычного: придуман способ строить на Луне и Марсе из местных ресурсов
Поставили нам, допустим, задачу: построить дом на Марсе. Первая проблема очевидна — доставка материалов. Отправка даже одного кирпича с Земли на Марс стоит астрономических денег. Любой будущий аванпост или город на другой планете должен быть возведен из того, что есть под ногами. Эта концепция называется утилизацией ресурсов in situ.
Основной местный ресурс на Луне или Марсе — это реголит. По сути, это вся рыхлая порода на поверхности: пыль, песок, обломки камней. Его, конечно, много, но как скрепить эту пыль в прочные блоки, способные выдержать перепады температур и защитить от радиации? Нужен связующий агент… Клей? И именно здесь начинается самое интересное.
Кровь, пот и высокие температуры
Идеи по созданию внеземного бетона существуют давно. Один из подходов — спекание. Это процесс, при котором реголит нагревают до очень высоких температур, пока его частицы не начинают плавиться и сплавляться друг с другом. Метод рабочий, но требует очень большого количества энергии. Доставить на Марс мощную печь и обеспечить ее питанием — отдельная и очень непростая инженерная задача.
Другие исследователи обратились к биополимерам — природным молекулам, способным связывать другие вещества. Несколько лет назад та же команда ученых из Манчестерского университета предложила концепт с белком из человеческой крови и мочевиной из мочи астронавтов. Материал получался прочным, но идея имела очевидные недостатки. Забирать кровь у экипажа для строительства базы — откровенно не здоровый и не масштабируемый процесс.
Нужен был другой кандидат. Что-то, что можно производить на месте в больших количествах, с минимальными затратами энергии и без вреда для людей. Ответ оказался на удивление простым.
Картофельный крахмал.
Встречайте StarCrete
Идея материала, названного StarCrete (от англ. starch — крахмал и concrete — бетон), заключается не просто в новом рецепте. Ее сила — в интеграции двух критически важных систем для выживания колонии: производства еды и строительства.
Астронавты в любом случае будут выращивать растения для пропитания. Картофель — один из главных кандидатов для внеземных ферм. Он калориен и относительно неприхотлив, так что при любом урожае всегда будут излишки. Именно этот избыточный крахмал и предлагается пускать в дело. Вместо того чтобы создавать отдельную сложную систему для производства стройматериалов, колонисты будут применять побочный продукт системы жизнеобеспечения.
Этот инженерный ход снижает массу груза, который нужно везти с Земли, уменьшает энергозатраты и делает всю архитектуру миссии более устойчивой.
Как это работает на практике?
Процесс создания StarCrete предельно прост и не требует высоких температур или сложного оборудования.
- Смешивание. Моделированный марсианский или лунный реголит смешивается с обычным картофельным крахмалом.
- Добавление жидкости. К сухой смеси добавляется вода и обычная соль — хлорид магния (MgCl₂), который, что важно, был обнаружен на поверхности Марса.
- Нагрев. Смесь нагревают. При этом происходит процесс желатинизации крахмала — его гранулы набухают и создают вязкую матрицу, которая обволакивает частицы реголита.
- Формовка. Полученную массу спрессовывают в блоки нужной формы и затем высушивают.
В результате получается твердый и однородный композитный материал без применения доменных печей или сложных химических реакторов.
Насколько это прочно?
Звучит хорошо, но выдержит ли такой «картофельный бетон» суровые условия? Испытания на прочность при сжатии показали хорошие результаты.
- Марсианский StarCrete выдержал давление в 72 мегапаскаля (МПа).
- Лунный аналог оказался еще прочнее — 91,7 МПа.
Для понимания цифр, сравним: стандартный высокопрочный бетон на Земле имеет прочность на сжатие в диапазоне 40-50 МПа. Тут StarCrete оказался почти в два раза прочнее. Прочность на изгиб также оказалась сопоставима с обычным бетоном.
Этот материал превосходит по своим механическим свойствам многие земные аналоги, при этом его производство требует меньше энергии.
Что дальше?
StarCrete — это пока лабораторный образец, созданный на основе имитаторов лунного и марсианского грунта. Впереди еще много работы. Исследователям предстоит проверить, как материал поведет себя в условиях, максимально приближенных к реальным: при резких перепадах температур, под воздействием жесткой радиации и в условиях низкого давления.
При всем оптимизме, у концепции есть уязвимые места, которые нельзя игнорировать. Технология StarCrete опирается на два самых ценных ресурса в космосе: воду и энергию. Пусть их и требуется меньше, чем для спекания, но в условиях дефицита любой расход должен быть предельно оправдан. Наконец, существует огромный разрыв между созданием образца в лаборатории и налаживанием роботизированного производства тысяч тонн материала.
