太空探险家的一个具体优势

当人类去月球或火星留下时，他们需要建造安全的生活和工作场所。地球上最广泛使用的建筑材料，混凝土，可能就是答案。它坚固耐用，足以提供对宇宙辐射和陨石的保护，并且可以使用这些天体上可用的材料来制造它。

混凝土是用水和水泥粉末粘合在一起的沙子，砾石和岩石的混合物。虽然这听起来很简单，但过程非常复杂，科学家仍然对所涉及的化学和微观结构以及重力变化如何影响过程存在疑问。

最近对国际空间站的调查研究了微重力水泥固化，以帮助回答这些问题。对于水泥固化微观重力研究(MICS)项目，研究人员首次将硅酸三钙(C 3 S)和水混合在地球引力之外。大多数市售水泥的主要矿物成分C 3 S控制着它的许多化学反应和性质。MICS探讨了在微重力下固化水泥是否会产生独特的微观结构，并提供了在地面和微重力下加工的水泥样品的第一次比较。

研究人员在材料前沿发表的一篇论文中报道了他们的研究成果，“微重力对三硅酸钙(C 3 S)糊剂微结构发展的影响”。

宾夕法尼亚州立大学的首席研究员亚历山德拉·拉德林斯卡说：“在对月球和火星的任务中，需要保护人类和设备免受极端温度和辐射的影响，唯一的办法就是在这些外星环境中建立基础设施。” “一个想法是在太空中用混凝土材料建造。混凝土非常坚固，比许多材料提供更好的保护。”

混凝土的另一个显着优势是探测者理论上可以利用这些外星体上的可用资源，例如月球上的尘埃，也称为月球风化物。这将消除将建筑材料运输到月球或火星的需要，从而大大降低了成本。

科学家们知道地球上具体的行为和硬化程度，但还不知道这个过程在太空中是否相同。“它将如何变硬?微观结构会是什么?” 拉德林斯卡说。“这些是我们试图回答的问题。”

研究人员创造了一系列混合物，它们改变了水泥粉末的类型，添加剂的数量和类型，水的量和水合时间。随着水泥粉末颗粒溶解在水中，它们的分子结构发生变化。晶体在整个混合物中形成并彼此互锁。在第一次评估时，在空间站上处理的样本与地球上处理的样本相比，水泥微观结构发生了相当大的变化。主要差异是孔隙率增加，或者存在更多的开放空间。“增加的孔隙度直接影响材料的强度，但我们尚未测量空间形成材料的强度，”Radlinska说。

“即使混凝土在地球上使用了这么长时间，我们仍然不一定了解水化过程的所有方面。现在我们知道地球和空间系统之间存在一些差异，我们可以检查这些差异到看看哪些是有益的，哪些对于在太空中使用这种材料是有害的，“拉德林斯卡说。“此外，样品是密封袋，所以另一个问题是它们是否会在开放空间环境中产生额外的复杂性。”

该站的微重力环境对于首次研究水泥如何在月球和火星上的水合作用至关重要。机载离心机可以模拟这些外星体的重力水平，这是地球上无法实现的。目前正在评估在不同重力水平下在轨道实验室处理的含有模拟月球颗粒的水泥样品。

表明混凝土可以在太空中硬化和发展，这是使用月球材料建造在月球上的第一个结构的重要一步。“我们证实了可以做到这一点的假设，”拉德林斯卡说。“现在我们可以采取下一步措施，找到特定于空间和可变重力水平的粘合剂，从零g到火星g以及两者之间。”