美科学家证实火星土可制砖头 强度超钢筋混凝土

2017-05-18 来源: 爱美丽 编辑: 李乐

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  火星土壤砖

  太阳系内,有颗红色星球一直是科学家们的“心头好”,它就是火星。它的表面覆满沙丘,砾石遍布,是个名副其实的沙漠行星。虽然,2015年美国宇航局宣布,发现火星上有流动的液态水,但它大气稀薄,气候寒冷,二氧化碳和沙尘终年不断。想要变成适宜人居的星球,首先需要搭建防范尘暴的坚固建筑。来自美国加州大学的工程师最新证明,火星土壤能够用来制造砖头,而且质量不错!

  一种用火星土壤制成砖头的方法

  据美国科技博客“起点网”最新报道,美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校的工程师们,受美国航空航天局NASA资助,研发出一种用火星土壤制成砖头的方法。相关论文已发表于4月27日的《自然科学报告》杂志上。

  火星是众多科幻作品中,人类移民的最终目的地。人们幻想在火星上建立乐园,但达成目标的困难不少,主要集中在两个方面:第一是火星大气层很少,第二是火星没有完整磁场。后者可以通过人造磁场或引入人造月球来解决,但前者却需要足够设备培育植物,重构大气。

  有人疑惑,难道要用飞船往返运输地球物资到火星吗?这方法虽可行,但不现实。因为火星轨道呈椭圆形,与地球间的距离始终在变化,最近距离约为5500万公里,最远距离则超过4亿公里。现有飞船到达火星最快要用7个月,来回平均要花2年左右。一旦火星移动到远距离位置后,飞行时间将变得更长。

  所以,NASA认为与其运输物资,不如利用当地资源,比如火星土壤。火星表面的土壤中含有大量氧化铁,在太阳光紫外线的长期照射下,已经固化为一层红黄相间的氧化物。研究者提出,将这样的火星土壤转化为坚固的建筑材料,并不需要像在地球上那样使用砖窑或添加剂,而是施力压缩土壤即可,相当于“来一锤子”那样简便。

  火星砖头的强度甚至超过了钢筋混凝土

  加州大学工程师们最初的研究目的并非火星,而是制砖,即如何减少工厂制砖过程中用到的聚合物,因此使用火星土壤模拟物进行实验。后者是地球各类岩石的集合,化学成分与火星尘土相似,颗粒大小也与之相近。工程师们对模拟材料研究了一段时间之后,发现只需添加适当压力就足以使土壤变成细小而坚硬的块状物,其强度甚至超过了钢筋混凝土。

  研究论文的第一作者表示,火星探险者们非常勇敢,必将成为移民的先驱者,能够成为他们的制砖供应商,自己感到非常荣幸。具体的制砖过程可分为两个步骤,第一步是将土壤放置在弹性容器中,比如橡胶管,第二步是进行强力压缩,比如用一个5公斤重的锤子从1米高处落下就能压缩好一块扁平的圆形土壤样品。

  来自圣地亚哥分校,担任该项目首席研究员的结构工程师在采访中表示,这与在地球上制作建筑材料显著不同。通常情况下,土壤颗粒必须与一些特殊类型的黏合剂混搭,才能保持刚性。黏合剂的作用有点像胶水,能把材料固定在一起。在火星土壤模拟物中,恰好有一种特殊的化学成分,如同天然黏合剂一样,使实验土壤被压实后,具备强度。

  他还表示,火星土壤模拟物的性质与真正的火星土壤还是有本质上的差异,但如果新的制砖技术被证明可能适用于火星土壤,这对任何一位梦想移民火星的人来说都是好消息。未来,人们在火星上的生活将需要大量设备,单纯依靠地球发射运输的话,不仅流程复杂而且代价昂贵。生活离地球越远的人,就应当越少依赖运输材料,否则无法开拓生存空间。

  压制火星土壤砖还需要更多研究支持

  乔恩·拉斯克是NASA的一名生命科学家,他笑称,带上一个锤子就能在火星上打造坚固的“积木”,此后人们可以尽情想象探险家们在火星上挥舞锤子的模样。

  过去,NASA一直在计划重返月球,于是工程师们也一直在寻找如何将月球土壤模拟物变成建筑材料的方法。然而与火星土壤不同,月球土壤需要黏合剂才能粘在一起。需要的黏合剂越多,从地球运来的货物越多,因此研究团队一直在寻找尽可能少用黏合剂的方法。过去建筑材料大约需要15%的黏合剂,现在通过先进的压缩技术,只需3%的黏合剂含量就能制造出强大的月球砖材料。

  2010年后,NASA将研究焦点转移到火星,发现同样的压缩模式对火星土壤模拟物也非常有效。起初,研究者发现只要6%的黏合剂就能使之成砖,之后为测试土壤成砖的临界值,又持续减少黏合剂用量,结果发现火星土壤本身就能粘在一起。土壤中的氧化铁被压碎时,很容易就断裂,形成干净平坦的表面。当表面被紧实压密时,可以形成高强度抗压界面。

  火星土壤一旦能用来制砖,就可以修建火星上的飞行器着陆处。但研究者也指出,制砖并不是一个完整的解决方案,毕竟还未能在火星上建成任何房屋。研究组只是制作了微型砖,更大体积的火星砖也许功能并不好,黏合性能持续多久也尚不清楚。此外,土壤砖中的颗粒物会逐渐散布到空气中,一旦颗粒物过大,就会导致健康问题,其中含有的高氯酸盐成分也对人体甲状腺有毒性作用。因此,压制火星土壤砖还需要更多研究支持,以了解使用风险。

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