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Lunarcreto

Lunarcrete , también conocido como " mooncrete ", idea propuesta por primera vez por Larry A. Beyer de la Universidad de Pittsburgh en 1985, es un hipotético agregado de construcción , similar al hormigón , formado a partir de regolito lunar , que reduciría los costes de construcción de una edificación sobre la luna . [3] AstroCrete es un concepto más general aplicable también a Marte.

Ingredientes

Sólo se han transportado a la Tierra cantidades comparativamente pequeñas de roca lunar, por lo que en 1988 investigadores de la Universidad de Dakota del Norte propusieron simular la construcción de dicho material utilizando cenizas de carbón de lignito . [3] Otros investigadores han utilizado materiales simulantes de regolito lunar desarrollados posteriormente , como JSC-1 (desarrollado en 1994 y utilizado por Toutanji et al.) y LHS-1 (desarrollado y producido por Exolith Lab). [4] [5] Sin embargo, se han realizado en laboratorios algunas pruebas a pequeña escala, con regolito real. [2]

Los ingredientes básicos del hormigón lunar serían los mismos que los del hormigón terrestre: árido, agua y cemento . En el caso del hormigón lunar, el agregado sería regolito lunar. El cemento se fabricaría beneficiando roca lunar que tenía un alto contenido de calcio. El agua se suministraría desde la Luna o combinando oxígeno con hidrógeno producido en el suelo lunar . [2]

Lin et al. utilizó 40 g de muestras de regolito lunar obtenidas por el Apolo 16 para producir hormigón lunar en 1986. [6] El hormigón lunar se curó utilizando vapor sobre una mezcla seca de agregado y cemento. Lin propuso que el agua para dicho vapor podría producirse mezclando hidrógeno con ilmenita lunar a 800 °C, para producir óxido de titanio , hierro y agua. Era capaz de soportar presiones de compresión de 75 MPa y sólo perdió el 20% de esa resistencia después de una exposición repetida al vacío. [7]

En 2008, Houssam Toutanji, de la Universidad de Alabama en Huntsville , y Richard Grugel, del Centro Marshall de Vuelos Espaciales , utilizaron un simulador de suelo lunar para determinar si se podía fabricar hormigón lunar sin agua, utilizando azufre (que se obtiene del polvo lunar) como agente de unión. El proceso para crear este hormigón de azufre requirió calentar el azufre a 130-140 °C. Después de exponerlo a 50 ciclos de cambios de temperatura, desde -27 °C hasta temperatura ambiente, se descubrió que el hormigón lunar simulado era capaz de soportar presiones de compresión de 17 MPa, que Toutanji y Grugel creían que podrían elevarse a 20 MPa si el material se reforzara con sílice. (También se obtiene del polvo lunar). [8]

Fundición y producción.

Se necesitaría una infraestructura importante antes de que fuera posible la producción a escala industrial de hormigón lunar. [2]

El vaciado de hormigón lunar requeriría un entorno presurizado, porque intentar colar en el vacío simplemente daría como resultado que el agua se sublimara y el hormigón lunar no se endureciera. Se han propuesto dos soluciones a este problema: premezclar el agregado y el cemento y luego utilizar un proceso de inyección de vapor para agregar el agua, o el uso de una planta de fabricación de concreto presurizado que produzca bloques de concreto prefabricados. [2] [9]

Lunarcrete comparte la misma falta de resistencia a la tracción que el hormigón terrestre. Un material tensor equivalente a la luna sugerido para crear hormigón pretensado es el vidrio lunar, también formado a partir de regolito, de la misma manera que la fibra de vidrio ya se utiliza a veces como material de refuerzo del hormigón terrestre. [2] Otro material tensor, sugerido por David Bennett, es el Kevlar , importado de la Tierra (que sería más barato, en términos de masa, importarlo de la Tierra que el acero convencional). [9]

"Hormigón sin agua" a base de azufre

Esta propuesta se basa en la observación de que es probable que el agua sea un bien preciado en la Luna. Además, el azufre gana fuerza en muy poco tiempo y no necesita ningún período de enfriamiento, a diferencia del cemento hidráulico. Esto reduciría el tiempo que los astronautas humanos necesitarían estar expuestos al entorno de la superficie lunar. [10] [11]

El azufre está presente en la Luna en forma del mineral troilita (FeS) [12] y podría reducirse para obtener azufre. Tampoco requiere las temperaturas ultra altas necesarias para la extracción de componentes cementosos (por ejemplo, anortositas ).

El hormigón de azufre es un material de construcción consolidado. Estrictamente hablando, no es un concreto ya que hay poca reacción química. En cambio, el azufre actúa como un material termoplástico que se une a un sustrato no reactivo. No se requiere cemento ni agua. El hormigón no necesita ser curado, sino que simplemente se calienta por encima del punto de fusión del azufre, 140 °C, y después de enfriarlo alcanza inmediatamente una alta resistencia.

La mejor mezcla para la resistencia a la tracción y la compresión es 65% de simulante de regolito lunar JSC-1 y 35% de azufre, con una resistencia a la compresión promedio de 33,8 MPa y una resistencia a la tracción de 3,7 MPa. La adición de un 2% de fibra metálica aumenta la resistencia a la compresión a 43,0 MPa [13] La adición de sílice también aumenta la resistencia del hormigón. [14]

Este hormigón de azufre podría ser de especial valor para minimizar el polvo, por ejemplo para crear una plataforma de lanzamiento de cohetes que salgan de la Luna. [12]

AstroCreto

Resumen gráfico del concepto AstroCrete

AstroCrete es un material similar al hormigón propuesto para su uso en la Luna o Marte, elaborado a partir de regolito y albúmina sérica humana (HSA), una proteína de la sangre humana. Los científicos demostraron que dicho material tenía resistencias a la compresión de hasta 25 MPa, mientras que el hormigón ordinario tenía entre 20 y 32 MPa. Al agregar urea (subproducto de la orina, el sudor y las lágrimas), el material resultante se volvió sustancialmente más fuerte que el concreto ordinario, con 40 MPa de resistencia a la compresión. [15] [16] [17]

Como lo señalaron los autores: [16]

En esencia, la albúmina sérica humana producida por los astronautas in vivo podría extraerse de forma semicontinua y combinarse con regolito lunar o marciano para "obtener piedra de la sangre", para reformular el proverbio. Creemos que los biocompuestos de regolito extraterrestre de albúmina sérica humana podrían tener un papel importante en una colonia marciana naciente.

Los investigadores también experimentaron con seda de araña sintética y albúmina sérica bovina como aglutinantes de regolito, y señalaron que estos materiales también podrían producirse en Marte gracias a los avances en la tecnología de biofabricación . [dieciséis]

La idea detrás de AstroCrete no es nueva, como lo reconocen los autores: "los adhesivos y aglutinantes de origen biológico fueron ampliamente utilizados por la humanidad durante milenios antes del desarrollo de los adhesivos sintéticos derivados del petróleo. Resinas de árboles, colágeno de pezuñas, caseína de queso y "La sangre animal se utilizó como aglutinante y aditivo para diversas aplicaciones". [dieciséis]

Los investigadores calcularon que una tripulación de seis astronautas podría producir más de 500 kg de AstroCrete durante una misión de dos años en la superficie de Marte. [15] Cada astronauta "podría producir suficiente espacio de hábitat adicional para sustentar a otro astronauta, lo que podría permitir la expansión constante de una de las primeras colonias marcianas". [17]

En 2023, AD Roberts escribió una historia sobre el uso de 'AstroCrete' que se está probando en la creación de un material de construcción en Marte con el fin de superar el desafío de obtener material a granel para la construcción en el planeta. [18]

Problemas con el "hormigón de azufre"

Proporciona menos protección contra la radiación cósmica, por lo que las paredes tendrían que ser más gruesas que las de hormigón a base de cemento Portland (el agua del hormigón absorbe especialmente bien la radiación cósmica).

El azufre se derrite a 115,2 °C y las temperaturas lunares en latitudes altas pueden alcanzar los 123 °C al mediodía. Además, los cambios de temperatura podrían cambiar el volumen del hormigón de azufre debido a transiciones polimórficas en el azufre. [12] (ver Alótropos del azufre ). [14]

Por lo tanto, el hormigón de azufre sin protección en la Luna, si se expone directamente a las temperaturas de la superficie, tendría que limitarse a latitudes más altas o lugares sombreados con temperaturas máximas inferiores a 96 °C y variaciones mensuales que no excedan los 114 °C.

El material se degradaría a través de ciclos de temperatura repetidos, pero es probable que los efectos sean menos extremos en la Luna debido a la lentitud del ciclo de temperatura mensual. Los pocos milímetros exteriores pueden resultar dañados por la chisporroteo provocado por el impacto de partículas de alta energía del viento solar y las erupciones solares. Sin embargo, esto puede ser fácil de reparar, recalentando o recubriendo las capas superficiales para eliminar las grietas y reparar el daño.

Usar

David Bennett, de la Asociación Británica del Cemento, sostiene que el hormigón lunar tiene las siguientes ventajas como material de construcción para bases lunares: [9]

Observa, sin embargo, que Lunacrete no es un material hermético, y para hacerlo hermético se requeriría la aplicación de un recubrimiento epóxico al interior de cualquier estructura de Lunacrete. [9]

Bennett sugiere que los hipotéticos edificios lunares hechos de hormigón lunar probablemente utilizarían un bloque de hormigón de baja calidad para los compartimentos y habitaciones interiores, y un hormigón de alta calidad a base de cemento de partículas densas de sílice para las pieles exteriores. [9]

Ver también

Referencias

  1. ^ JA Happel (1993). "Materiales autóctonos para la construcción lunar". Revisiones de Mecánica Aplicada . 46 (6). Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos : 313–325. Código bibliográfico : 1993ApMRv..46..313H. doi : 10.1115/1.3120360.
  2. ^ abcdef F. Ruess; J. Schaenzlin y H. Benaroya (julio de 2006). «Diseño estructural de un hábitat lunar» (PDF) . Revista de Ingeniería Aeroespacial . 19 (3). Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles : 138. doi :10.1061/(ASCE)0893-1321(2006)19:3(133).
  3. ^ ab "A los ingenieros de la UND les gustaría seguir la carretera Lunarcrete". Heraldo de Grand Forks . Dakota del Norte. 28 de febrero de 1988.
  4. ^ Zorro largo, Jared; Lucas, Michael P.; Landsman, Zoé; Millwater, Catalina; Britt, Daniel; Neal, Clive (abril de 2022). Aplicabilidad de simuladores en el desarrollo de infraestructura y sistemas lunares: mediciones geotécnicas del simulador LHS-1 de las tierras altas lunares. ASCE Tierra y Espacio 2022. Denver, CO. p. 11. doi :10.1061/9780784484470.007.
  5. ^ H. Toutanji; Señor Fiske y MP Bodiford (2006). "Desarrollo y aplicación del" hormigón "lunar para hábitats". En Ramesh B. Malla; Wieslaw K. Binienda y Arup K. Maji (eds.). Actas de la 10ª Conferencia Internacional Bienal sobre Ingeniería, Construcción y Operaciones en Entornos Desafiantes (Tierra y Espacio 2006) y el 2º Taller NASA/ARO/ASCE sobre Materiales Granulares en la Exploración Lunar y Marciana celebrado en League City/Houston, TX, el 5 de marzo –8, 2006 . Reston, VA: Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles . págs. 1–8. doi :10.1061/40830(188)69. ISBN 0784408300.
  6. ^ François Spiero y David C. Dunand (1997). "Simulación de la explotación de materiales y recursos marcianos en una instalación de investigación de gravedad variable". En Thomas R. Meyer (ed.). The Case for Mars IV: la exploración internacional de Marte - consideración para el envío de humanos: actas de la cuarta Conferencia Case for Mars celebrada del 4 al 8 de junio de 1990 en la Universidad de Colorado, Boulder, Colorado . vol. 90. Univelt para la Sociedad Astronáutica Estadounidense . pag. 356.ISBN​ 9780877034216.
  7. ^ George William Herbert (17 de noviembre de 1992). Norman Yarvin (ed.). "Luna de hormigón". Archivos: Espacio: ciencia, exploración .
  8. ^ Colin Barras (17 de octubre de 2008). "Los astronautas podrían mezclar hormigón de bricolaje para obtener una base lunar barata". Científico nuevo .
  9. ^ abcdefghi DFH Bennett (2002). "Hormigón: el material - Hormigón lunar". Innovaciones en hormigón . Libros de Thomas Telford. págs. 86–88. ISBN 0-7277-2005-8.
  10. ^ Interpretación de "Waterless Concrete" Houssam A. Toutanji Steve Evans Richard N. Grugel
  11. ^ PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN LUNAR UTILIZANDO AZUFRE FUNDIDO, Informe final de investigación para la beca JoVe NASA NAG8 - 278, Dr. Husam A. Omar Departamento de Ingeniería Civil Universidad del Sur de Alabama
  12. ^ abc I. Casanova (1997). "Viabilidad y aplicaciones del hormigón de azufre para el desarrollo de bases lunares: un estudio preliminar" (PDF) . 28ª Conferencia Anual de Ciencia Planetaria y Lunar, 17 al 21 de marzo de 1997, Houston, TX . pag. 209.
  13. ^ PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN LUNAR UTILIZANDO AZUFRE FUNDIDO Informe final de investigación para JoVe NASA Grant NAG8 - 278 por el Dr. Husam A. Omar
  14. ^ ab Houssam Toutanji; Becca Glenn-Loper y Beth Schrayshuen (2005). "Rendimiento de resistencia y durabilidad del hormigón lunar sin agua". 43ª reunión y exposición de ciencias aeroespaciales de la AIAA, del 10 al 13 de enero de 2005, Reno, Nevada . Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica. doi :10.2514/6.2005-1436.
  15. ^ ab "Viviendas asequibles en el espacio exterior: los científicos desarrollan hormigón cósmico a partir de polvo espacial y sangre de astronautas". La Universidad de Manchester . Consultado el 25 de octubre de 2021 .
  16. ^ abcd Roberts, ANUNCIO; Whittall, DR; Breitling, R.; Takano, E.; Blaker, JJ; Hay, S.; Scrutton, NS (septiembre de 2021). "Sangre, sudor y lágrimas: biocompuestos de regolito extraterrestre con aglutinantes in vivo". Materiales Hoy Bio . 12 : 100136. doi : 10.1016/j.mtbio.2021.100136. PMC 8463914 . PMID  34604732. 
  17. ^ ab Blakemore, Erin (18 de septiembre de 2021). "Los fluidos corporales de los astronautas podrían ayudar a construir refugios de hormigón en otros planetas". El Correo de Washington . Consultado el 25 de octubre de 2021 .
  18. ^ Roberts, AD, 2023. Construyendo en Marte con sangre y orina humanas. Física hoy, 76 (3), páginas 62-63.

Otras lecturas

enlaces externos