Блог компании ua-hosting.company. Любопытству человека воистину нет равных. Мы не знаем и половины о планете, которую населяем, но наш взгляд уже давно обращен к звездам. И если когда-то нам было достаточно обрести возможность рассмотреть поверхность Луны, то сейчас многие хотят ее колонизировать. Такой скачок в амбициозности не был бы возможен, если бы не технологический прогресс. И если проблема транспортировки счастливых колонистов с Земли на Луну или даже Марс относительно решена, то вот проблема их там проживания пока еще сохраняется.

Естественно, у любого человека есть свои индивидуальные потребности, но есть и общие, неудовлетворение которых идет наперерез самого существования. К числу базовым нуждам человека помимо еды, воды и сна относится и кров, т. е. безопасное жилище. А когда речь идет о столь чуждой и опасной среде как Марс или Луна, то вопрос, как и из чего строить это жилище стоит очень остро.

Ученые из Манчестерского университета (Великобритания) разработали новый тип бетона, сделанный из космической пыли и крахмала. Почему были выбраны именно эти ингредиенты, в чем особенности полученного материала, и что из него можно построить? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

Между «экскурсией» на Луну или Марс и постоянным там пребыванием существует большая и вполне очевидная разница. Для устойчивого присутствия человека на поверхности Луны и Марса потребуются жилые помещения с толстыми стенами и потолками для защиты от радиационного облучения и метеоритов. Принцип «все свое ношу с собой», т. е. привезти вместе с колонистами все необходимые стройматериалы, не подходит, так как это будет чрезвычайно дорого, а потому необходимо реализовать тактику ISRU (in situ resource utilisation, т. е. использование местных ресурсов).

На поверхности Луны, к примеру, полно реголита — остаточного грунта, который является продуктом космического выветривания породы. Если разработать эффективный метод его преобразования из рыхлого состояния в твердый бетоноподобный материал, то его можно использовать для строительства.

Изображение №1

На данный момент уже есть несколько идей, но все они обладают теми или иными серьезными недостатками: чрезвычайно высокое потребление энергии/воды или необходимость в дополнительном крупногабаритном горнодобывающем, транспортном, обрабатывающем или производственном оборудовании (изображение №1).

Одним из возможных решений является использование встречающихся в природе биополимеров в качестве агентов, связывающих реголит, для производства ERB (extraterrestrial regolith biocomposite, т. е. внеземной реголитный биокомпозит). Поскольку биополимеры производятся в относительно мягких условиях с низким энергопотреблением, они потенциально могут преодолеть многие недостатки, с которыми сталкиваются другие методы. К примеру, ранее был разработан метод стабилизации марсианского реголита с помощью биополимерного связующего на основе хитозана, полученного из кутикулы членистоногих. Этот ERB, названный марсианским биолитом, достигал прочности на сжатие (UCS от ultimate compressive strength) до 3.6 МПа.

В других исследованиях было показано, что белок, полученный из плазмы коровьей крови (BSA от bovine serum albumin, т.е. бычий сывороточный альбумин), также может действовать как эффективное связующее для производства ERB с UCS до 22.2. МПа – примерно такой же прочности, как у обычного кирпича. Показатель действительно впечатляющий, но с транспортировкой коров на Луну или Марс могут быть, мягко говоря, сложности. Чем заменить коров? Людьми, конечно же. Вместо BSA можно использовать HSA (от human serum albumin, т. е. человеческий сывороточный альбумин). HSA, полученный из плазмы крови человека, может быть объединен с мочевиной (в большом количестве содержится в моче человека) и реголитом для получения ERB с прочностью на сжатие до 39.7 МПа. В таком случае показатели еще лучше, но использовать людей в качестве источника строительного материала чревато последствиями для здоровья. И тогда в жилищах не будет смысла, так как некому будет их строить.

В таком случае можно перевести внимание на другие ресурсы, которые должны быть возобновляемыми в условиях колонии на Луне или Марсе. Речь идет о продуктах питания, а именно о выращиваемых овощах. Организовывать постоянные поставки пищи на другие планеты будет так же неэффективно, долго и дорого, как и поставки стройматериалов. Потому колонистам необходимо будет построить собственные «космические» фермы, где будут выращиваться неприхотливые культуры.

Из отходов этих растений можно выделить то, что сможет случить связующим элементом для ERB. Одним из таких растительных ресурсов может быть крахмал.

Правда, крахмал уже исследовался в качестве связующего для биокомпозитных материалов на основе растительных волокон, но относительно плохие механические свойства (прочность на сжатие < 2.5 МПа) и чувствительность к влаге ограничивают их применимость. Но это касается именно органических волокон. Когда кукурузный крахмал применили в качестве связующего для неорганических заполнителей (песок и известняковый порошок), прочность на сжатие полученного материала достигала 30 МПа. Этот материал, к слову, назвали CoRncrete (контаминация слов «corn» и «concrete»).

Имея чрезвычайно ограниченное количество воды, вопрос чувствительности к влаге не имеет значения для лунной и марсианской среды. Это означает, что материал, подобный бетону, может хорошо подходить для строительства. А учитывая, что крахмал присутствует во многих основных культурах питания человека (кукуруза, рис, картофель), но его добыча не должна быть проблемой, так как колонисты должны будут в любом случае организовать выращивание этих культур для пропитания.

В рассматриваемой нами сегодня работе ученые решили детально изучить концепцию создания строительных материалов на основе крахмала с применением реголита. Вместо кукурузного был выбран картофельный крахмал, а потому название материала было изменено на StarCrete (контаминация слов «starch» и «concrete»).