美工程師:火星土壤制磚頭 建筑強(qiáng)度超鋼筋混凝土

【新知關(guān)鍵詞：火星土壤磚】　　

太陽系內(nèi)，有顆紅色星球一直是科學(xué)家們的“心頭好”，它就是火星。它的表面覆滿沙丘，礫石遍布，是個(gè)名副其實(shí)的沙漠行星。雖然，2015年美國宇航局宣布，發(fā)現(xiàn)火星上有流動(dòng)的液態(tài)水，但它大氣稀薄，氣候寒冷，二氧化碳和沙塵終年不斷。想要變成適宜人居的星球，首先需要搭建防范塵暴的堅(jiān)固建筑。來自美國加州大學(xué)的工程師最新證明，火星土壤能夠用來制造磚頭，而且質(zhì)量不錯(cuò)！

一種用火星土壤制成磚頭的方法

據(jù)美國科技博客“起點(diǎn)網(wǎng)”最新報(bào)道，美國加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的工程師們，受美國航空航天局NASA資助，研發(fā)出一種用火星土壤制成磚頭的方法。相關(guān)論文已發(fā)表于4月27日的《自然科學(xué)報(bào)告》雜志上。

火星是眾多科幻作品中，人類移民的最終目的地。人們幻想在火星上建立樂園，但達(dá)成目標(biāo)的困難不少，主要集中在兩個(gè)方面：第一是火星大氣層很少，第二是火星沒有完整磁場。后者可以通過人造磁場或引入人造月球來解決，但前者卻需要足夠設(shè)備培育植物，重構(gòu)大氣。

有人疑惑，難道要用飛船往返運(yùn)輸?shù)厍蛭镔Y到火星嗎？這方法雖可行，但不現(xiàn)實(shí)。因?yàn)榛鹦擒壍莱蕶E圓形，與地球間的距離始終在變化，最近距離約為5500萬公里，最遠(yuǎn)距離則超過4億公里?，F(xiàn)有飛船到達(dá)火星最快要用7個(gè)月，來回平均要花2年左右。一旦火星移動(dòng)到遠(yuǎn)距離位置后，飛行時(shí)間將變得更長。

所以，NASA認(rèn)為與其運(yùn)輸物資，不如利用當(dāng)?shù)刭Y源，比如火星土壤?；鹦潜砻娴耐寥乐泻写罅垦趸F，在太陽光紫外線的長期照射下，已經(jīng)固化為一層紅黃相間的氧化物。研究者提出，將這樣的火星土壤轉(zhuǎn)化為堅(jiān)固的建筑材料，并不需要像在地球上那樣使用磚窯或添加劑，而是施力壓縮土壤即可，相當(dāng)于“來一錘子”那樣簡便。

火星磚頭的強(qiáng)度甚至超過了鋼筋混凝土

加州大學(xué)工程師們最初的研究目的并非火星，而是制磚，即如何減少工廠制磚過程中用到的聚合物，因此使用火星土壤模擬物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。后者是地球各類巖石的集合，化學(xué)成分與火星塵土相似，顆粒大小也與之相近。工程師們對模擬材料研究了一段時(shí)間之后，發(fā)現(xiàn)只需添加適當(dāng)壓力就足以使土壤變成細(xì)小而堅(jiān)硬的塊狀物，其強(qiáng)度甚至超過了鋼筋混凝土。

研究論文的第一作者表示，火星探險(xiǎn)者們非常勇敢，必將成為移民的先驅(qū)者，能夠成為他們的制磚供應(yīng)商，自己感到非常榮幸。具體的制磚過程可分為兩個(gè)步驟，第一步是將土壤放置在彈性容器中，比如橡膠管，第二步是進(jìn)行強(qiáng)力壓縮，比如用一個(gè)5公斤重的錘子從1米高處落下就能壓縮好一塊扁平的圓形土壤樣品。

來自圣地亞哥分校，擔(dān)任該項(xiàng)目首席研究員的結(jié)構(gòu)工程師在采訪中表示，這與在地球上制作建筑材料顯著不同。通常情況下，土壤顆粒必須與一些特殊類型的黏合劑混搭，才能保持剛性。黏合劑的作用有點(diǎn)像膠水，能把材料固定在一起。在火星土壤模擬物中，恰好有一種特殊的化學(xué)成分，如同天然黏合劑一樣，使實(shí)驗(yàn)土壤被壓實(shí)后，具備強(qiáng)度。

他還表示，火星土壤模擬物的性質(zhì)與真正的火星土壤還是有本質(zhì)上的差異，但如果新的制磚技術(shù)被證明可能適用于火星土壤，這對任何一位夢想移民火星的人來說都是好消息。未來，人們在火星上的生活將需要大量設(shè)備，單純依靠地球發(fā)射運(yùn)輸?shù)脑?，不僅流程復(fù)雜而且代價(jià)昂貴。生活離地球越遠(yuǎn)的人，就應(yīng)當(dāng)越少依賴運(yùn)輸材料，否則無法開拓生存空間。

壓制火星土壤磚還需要更多研究支持

喬恩·拉斯克是NASA的一名生命科學(xué)家，他笑稱，帶上一個(gè)錘子就能在火星上打造堅(jiān)固的“積木”，此后人們可以盡情想象探險(xiǎn)家們在火星上揮舞錘子的模樣。

過去，NASA一直在計(jì)劃重返月球，于是工程師們也一直在尋找如何將月球土壤模擬物變成建筑材料的方法。然而與火星土壤不同，月球土壤需要黏合劑才能粘在一起。需要的黏合劑越多，從地球運(yùn)來的貨物越多，因此研究團(tuán)隊(duì)一直在尋找盡可能少用黏合劑的方法。過去建筑材料大約需要15%的黏合劑，現(xiàn)在通過先進(jìn)的壓縮技術(shù)，只需3%的黏合劑含量就能制造出強(qiáng)大的月球磚材料。

2010年后，NASA將研究焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到火星，發(fā)現(xiàn)同樣的壓縮模式對火星土壤模擬物也非常有效。起初，研究者發(fā)現(xiàn)只要6%的黏合劑就能使之成磚，之后為測試土壤成磚的臨界值，又持續(xù)減少黏合劑用量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)火星土壤本身就能粘在一起。土壤中的氧化鐵被壓碎時(shí)，很容易就斷裂，形成干凈平坦的表面。當(dāng)表面被緊實(shí)壓密時(shí)，可以形成高強(qiáng)度抗壓界面。

火星土壤一旦能用來制磚，就可以修建火星上的飛行器著陸處。但研究者也指出，制磚并不是一個(gè)完整的解決方案，畢竟還未能在火星上建成任何房屋。研究組只是制作了微型磚，更大體積的火星磚也許功能并不好，黏合性能持續(xù)多久也尚不清楚。此外，土壤磚中的顆粒物會(huì)逐漸散布到空氣中，一旦顆粒物過大，就會(huì)導(dǎo)致健康問題，其中含有的高氯酸鹽成分也對人體甲狀腺有毒性作用。因此，壓制火星土壤磚還需要更多研究支持，以了解使用風(fēng)險(xiǎn)。