Зачем космонавты смешивают цемент на борту международной космической станции

Москва, 19:37, 11 Сен 2019, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

В последнее десятилетие много говорилось о том, что люди возвращаются на Луну и посещают Марс и создают места обитания, где они могли бы жить и работать. Но построить базу в суровом, пыльном мире без кислорода и защиты от космического излучения легче сказать, чем сделать. Один из лучших материалов для этого — очень земной материал, бетон. Теперь, сообщает НАСА, космонавты на борту Международной космической станции (МКС) впервые экспериментировали со смешиванием цемента, ключевого ингредиента в бетоне, чтобы понять, как материал затвердевает в условиях микрогравитации.

Бетон — это смесь песка, гравия и камня, которая в сочетании с жидким цементным раствором и водой образует строительный материал, похожий на камень. Цемент при смешивании с водой образует кристаллизованную микроструктуру, которая связывает все вместе во время высыхания. На протяжении тысячелетий он был одним из основных продуктов в строительной отрасли благодаря своей долговечности, и оказалось, что он также хорошо подходит для жизни на Марсе.

Другое большое преимущество бетона состоит в том, что будущим «марсианам» не придется тащить с собой все свои строительные материалы; они могут делать бетон, смешивая цемент с камнями и пылью на Марсе, или лунной пылью, также известной как лунный реголит. Если, конечно, цемент ведет себя правильно в условиях низкой гравитации.

Чтобы оценить, как цемент работает в космосе, на МКС провели эксперимент под названием «Микрогравитационное исследование затвердевания цемента» (MICS). 21 мая 2018 года ракета Antares доставила капсулу пополнения запаса Cygnus под названием OA-9 на МКС. На борту корабля была миссия MICS, которая включала восемь комплектов, содержащих 120 вариаций цементного порошка и его добавок.

Каждый образец содержал мешочек с водой. Космонавты разрывали мешочек с водой, затем вливали жидкость в образец порошка цемента и перемешивали ее с помощью шпателя в течение 90 минут. Затем для некоторых образцов добавляли изопропиловый спирт для остановки гидратации цемента. Образцам давали высохнуть в течение различного времени, а затем отправляли обратно на Землю для анализа на более поздней миссии по возвращению на МКС.

Согласно пресс-релизу, образцы показывают некоторые ключевые отличия от цемента, произведенного на Земле. Самым большим отличием было увеличение пористости или количества открытых пространств в микроструктуре цемента. Пористость может повлиять на прочность цемента и впоследствии бетона, но команда еще не проанализировала прочность «астроцемента». Они сделают это позже в этом году в процессе, который разрушает образцы.

Космические образцы также были более однородными по плотности, чем образцы, полученные на Земле. Два материала были противоположны друг другу — космический цемент является пористым и однородным, в то время как цемент Земли не является однородным, но содержит меньше воздушных пузырьков.

Исследование показывает, прежде всего, что бетон может быть получен в условиях микрогравитации и что она влияет на поведение цемента.

Но еще многое предстоит узнать, прежде чем космонавты начнут заливать бетонные космические бункеры.

«Несмотря на то, что бетон использовался на Земле так долго, мы все еще не обязательно понимаем все аспекты процесса гидратации. Теперь мы знаем, что существуют некоторые различия между системами, основанными на Земле и в космосе, и мы можем изучить эти различия, чтобы увидеть, какие из них полезны, а какие вредны для использования этого материала в космосе», — объясняет эксперт по стройматериалам. «Кроме того, образцы были в запечатанных мешочках, поэтому другой вопрос заключается в том, будут ли они иметь дополнительные сложности в условиях открытого космоса».

Команда уже продвигается вперед в разработке лунного бетона. Смешивание бетона с лунным реголитом, который очень мелкий и зубчатый, может уменьшить пористость цемента, и они начали эксперименты по смешиванию цемента с луноподобной пылью.

Другой цементный эксперимент под названием MVP Cell-05 был отправлен на МКС в декабре 2018. В этой миссии космонавты использовали центрифугу, чтобы имитировать гравитационные условия на Луне и Марсе, когда они гидратировали бетон. Результаты этой миссии, наряду с MICS, могут даже оказать влияние на терраформирование.

«То, что мы находим, может привести к улучшению бетона как в космосе, так и на Земле», — сообщает НАСА. «Поскольку цемент широко используется во всем мире, даже небольшое улучшение может оказать огромное влияние».