Лунный бетон: будущее строительства на Луне
Лунный бетон, также известный как астробетон, представляет собой инновационный строительный материал, который может сыграть ключевую роль в создании инфраструктуры на Луне. Эта идея была впервые предложена Ларри А. Бейером из Питтсбургского университета в 1985 году. Лунный бетон может значительно снизить затраты на строительство зданий на Луне, используя местные ресурсы, такие как лунный реголит. Это делает его более экономически целесообразным вариантом по сравнению с доставкой строительных материалов с Земли.
Ингредиенты лунного бетона
Создание лунного бетона требует использования лунного реголита, который представляет собой слой рыхлой породы, покрывающий поверхность Луны. Однако, поскольку на Землю было доставлено лишь небольшое количество лунной породы, исследователи начали эксперименты с имитаторами лунного реголита. В 1988 году ученые из Университета Северной Дакоты предложили использовать золу лигнитового угля для моделирования лунного бетона. Позже были разработаны более точные имитаторы, такие как JSC-1 и LHS-1, которые позволили проводить более детальные исследования.
Основные компоненты лунного бетона аналогичны тем, что используются в обычном бетоне: заполнитель, вода и цемент. В случае лунного бетона заполнитель будет состоять из лунного реголита. Цемент можно будет производить из лунной породы с высоким содержанием кальция. Вода, необходимая для создания бетона, может быть получена либо с Луны, либо путем химической реакции между кислородом и водородом, извлеченными из лунного грунта.
В 1986 году исследователи использовали образцы лунного реголита, полученные в ходе миссии Аполлон-16, для создания лунного бетона. Этот бетон был отвержден с помощью пара, и его прочность на сжатие составила 75 МПа, что является впечатляющим показателем. Лунный бетон также продемонстрировал свою устойчивость к условиям вакуума, теряя лишь 20% прочности после многократного воздействия.
Литье и производство лунного бетона
Для массового производства лунного бетона потребуется создать соответствующую инфраструктуру на Луне. Одной из основных проблем является необходимость литья бетона в условиях давления, поскольку в вакууме вода будет сублимироваться, и бетон не сможет затвердеть. Исследователи предложили два возможных решения этой проблемы: предварительное смешивание компонентов с последующим добавлением воды через пар или создание завода по производству бетона под давлением, который будет производить готовые бетонные блоки.
Лунный бетон имеет свои ограничения, такие как прочность на разрыв, аналогичная прочности обычного бетона. Для повышения прочности могут быть использованы различные армирующие материалы. Одним из предложенных вариантов является лунное стекло, изготовленное из реголита, которое может быть использовано для создания предварительно напряженного бетона. Также рассматривается возможность использования кевлара, который можно будет импортировать с Земли.
Безводный бетон на основе серы
С учетом того, что вода на Луне может стать ценным ресурсом, исследователи начали изучать возможность создания безводного бетон на основе серы. Сера, присутствующая на Луне в виде минерала троилита, может быть использована в качестве связующего вещества. Процесс создания серного бетона требует нагрева серы до 130–140 °C, что позволяет избежать необходимости в воде.
Серный бетон имеет свои преимущества, такие как быстрое время застывания и отсутствие необходимости в периоде охлаждения. Исследования показали, что оптимальная смесь для серного бетона состоит из 65% имитатора лунного реголита и 35% серы, что обеспечивает прочность на сжатие до 33,8 МПа. Добавление металлического волокна может увеличить прочность до 43,0 МПа.
Этот тип бетона может быть особенно полезен для создания стартовых площадок для ракет, поскольку он минимизирует образование пыли. Однако, несмотря на свои преимущества, серный бетон также имеет недостатки, такие как меньшая защита от космической радиации и возможность изменения объема при колебаниях температуры.
AstroCrete: новый подход к строительству
AstroCrete — это еще один интересный материал, который может быть использован для строительства на Луне и Марсе. Он изготавливается из реголита.