驚!宇航員尿液或能成為3D打印月球基地關(guān)鍵材料
分類:相關(guān)問題發(fā)布時間:2021-01-09
【內(nèi)容概述】據(jù)外媒報道,歐洲航天局(ESA)正在探索如何將宇航員的尿液轉(zhuǎn)化為一種有價值的建筑材料從而有可能建造更堅固的3D打印月球基地等。跟NASA一樣,ESA也希望有朝一日能在月球上建造建筑物
據(jù)外媒報道,歐洲航天局(ESA)正在探索如何將宇航員的尿液轉(zhuǎn)化為一種有價值的建筑材料從而有可能建造更堅固的3D打印月球基地等。跟NASA一樣,ESA也希望有朝一日能在月球上建造建筑物乃至在那里建立一個宇航員聚集地。
當然,這一雄新的*大挑戰(zhàn)之一就是原材料。雖然已經(jīng)有幾個項目在探索3D打印技術(shù),將其作為一種快速、靈活地構(gòu)建各種結(jié)構(gòu)的方法,但科研人員仍希望能避免從地球上為該過程拖運材料,因為這樣會讓這件事情變得更加容易。
ESA的想法是使用一種所謂的月球地聚合物混合物--一種類似混凝土的物質(zhì),它可以通過3D打印機擠出來,然后形成固體用于建造。然而打印這種材料有一種成分是必要的,那就是某種增塑劑。通常情況下會選擇萘或聚羧酸鹽,以此來減少混合物中對水的需求。
雖然月球本身的土壤--也被稱為月球風化層--可以形成打印材料的主體,但傳統(tǒng)的增塑劑需要從地球上提取。據(jù)NASA估計,將一磅材料送入軌道的成本約為1萬美元,這對任何有用的月球基地來說都是不現(xiàn)實的。
相比之下,尿素是人類尿液中含量第二豐富的成分--*是水--ESA的新研究表明,尿素實際上是一種很好的增塑劑。尿素不僅可以分解氫鍵降低流體粘度,另外尿液中的鈣礦物還可以改善月球地聚合物的固化過程。
“我們希望宇航員的尿液在未來的月球基地也能像現(xiàn)在一樣被使用,只需對水的含量做一些小的調(diào)整,”該研究的發(fā)起者和合著者、ESA高級概念小組成員Marlies Arnhof解釋稱,“這是非常實用的,避免了在太空中進一步復雜化水回收系統(tǒng)的需要?!?br/>
據(jù)了解,平均每位宇航員每天產(chǎn)生超3品脫的液體廢物。這使得它既便宜又容易獲得,并且它在混合中的效用也非常高。樣品是用模擬的月球土壤制作,并經(jīng)受真空和凍融循環(huán),這跟月球混凝土在月球上可能面臨的情況類似。
ESA研究小組發(fā)現(xiàn),使用尿素的樣品在混合后不久就能承受很重的重量,對其形狀幾乎沒有影響。這是關(guān)鍵,因為3D打印將有效地從下往上分層結(jié)構(gòu)。
不過在實現(xiàn)之前研究人員還需要做很多的工作,像對更極端條件的進一步測試,這項工作ESA目前正在進行中。另外他們還要研究月球上發(fā)現(xiàn)的玄武巖纖維是否可以用來加固月球混凝土使其更加堅固并增加其形狀和結(jié)構(gòu)的靈活性。
當然,這一雄新的*大挑戰(zhàn)之一就是原材料。雖然已經(jīng)有幾個項目在探索3D打印技術(shù),將其作為一種快速、靈活地構(gòu)建各種結(jié)構(gòu)的方法,但科研人員仍希望能避免從地球上為該過程拖運材料,因為這樣會讓這件事情變得更加容易。
ESA的想法是使用一種所謂的月球地聚合物混合物--一種類似混凝土的物質(zhì),它可以通過3D打印機擠出來,然后形成固體用于建造。然而打印這種材料有一種成分是必要的,那就是某種增塑劑。通常情況下會選擇萘或聚羧酸鹽,以此來減少混合物中對水的需求。
雖然月球本身的土壤--也被稱為月球風化層--可以形成打印材料的主體,但傳統(tǒng)的增塑劑需要從地球上提取。據(jù)NASA估計,將一磅材料送入軌道的成本約為1萬美元,這對任何有用的月球基地來說都是不現(xiàn)實的。
相比之下,尿素是人類尿液中含量第二豐富的成分--*是水--ESA的新研究表明,尿素實際上是一種很好的增塑劑。尿素不僅可以分解氫鍵降低流體粘度,另外尿液中的鈣礦物還可以改善月球地聚合物的固化過程。
“我們希望宇航員的尿液在未來的月球基地也能像現(xiàn)在一樣被使用,只需對水的含量做一些小的調(diào)整,”該研究的發(fā)起者和合著者、ESA高級概念小組成員Marlies Arnhof解釋稱,“這是非常實用的,避免了在太空中進一步復雜化水回收系統(tǒng)的需要?!?br/>
據(jù)了解,平均每位宇航員每天產(chǎn)生超3品脫的液體廢物。這使得它既便宜又容易獲得,并且它在混合中的效用也非常高。樣品是用模擬的月球土壤制作,并經(jīng)受真空和凍融循環(huán),這跟月球混凝土在月球上可能面臨的情況類似。
ESA研究小組發(fā)現(xiàn),使用尿素的樣品在混合后不久就能承受很重的重量,對其形狀幾乎沒有影響。這是關(guān)鍵,因為3D打印將有效地從下往上分層結(jié)構(gòu)。
不過在實現(xiàn)之前研究人員還需要做很多的工作,像對更極端條件的進一步測試,這項工作ESA目前正在進行中。另外他們還要研究月球上發(fā)現(xiàn)的玄武巖纖維是否可以用來加固月球混凝土使其更加堅固并增加其形狀和結(jié)構(gòu)的靈活性。
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