Przez sześć miesięcy na zewnętrznej platformie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej testowano materiał budowlany, który może się przydać przy stawianiu obiektów na Księżycu. Próbki należące do naukowców z University of Delaware brały udział w misji NASA MISSE-20, wystawione na próżnię kosmiczną i promieniowanie. Część z nich po powrocie na Ziemię okazała się wytrzymalsza niż analogiczne próbki przechowywane w warunkach laboratoryjnych.

Cement bez wysokiej temperatury

Transport materiałów budowlanych z Ziemi na Księżyc jest ekstremalnie kosztowny, więc zespół kierowany przez prof. Normana Wagnera postawił na surowiec dostępny na miejscu, czyli regolit. „Regolit to w istocie podobny do gliny materiał krzemianowy” – opisuje badacz, który na University of Delaware zajmuje stanowisko Unidel Robert L. Pigford Chair in Chemical Engineering. Ten sam typ materiału występuje powszechnie także na Ziemi.

Z regolitu naukowcy tworzą geopolimer, czyli alternatywę dla tradycyjnego cementu. Materiał zyskuje twardą strukturę nie w wysokiej temperaturze, lecz w wyniku reakcji chemicznych po dodaniu niewielkiej ilości reagentów. Taki proces ogranicza zapotrzebowanie energetyczne, co według autorów badania może mieć znaczenie również dla budownictwa na Ziemi.

Próba w kosmicznej próżni

Do testu w ramach misji MISSE-20 zespół z Delaware przygotował cienkie płyty z symulowanego regolitu księżycowego i marsjańskiego. Próbki zamontowano na zewnątrz ISS, gdzie przez sześć miesięcy pozostawały wystawione na działanie próżni i promieniowania kosmicznego. Wyniki, opublikowane w piśmie „Advances in Space Research”, pokazały, że materiał nie uległ degradacji, a niektóre próbki po powrocie na Ziemię zmierzono jako wytrzymalsze od tych przechowywanych w warunkach naziemnych.

Sztuczna inteligencja liczy wytrzymałość

Nie każdy regolit zachowuje się identycznie, dlatego zespół Wagnera opracował także model uczenia maszynowego, który przewiduje wytrzymałość geopolimeru na podstawie charakterystyki wyjściowego surowca i sposobu jego przetwarzania. Praca na ten temat trafiła do czasopisma „Acta Astronautica”.

Odrębne badania, opublikowane w specjalnym numerze „Journal of Rheology”, dotyczyły zachowania materiału podczas mieszania, pompowania i formowania. Naukowcy wyznaczyli tzw. krytyczny punkt żelowania, w którym płynna zawiesina zaczyna przechodzić w twardniejącą strukturę. Mieszanie lub inne procesy przed dotarciem do tego punktu nie wpływały ani na czas utwardzania, ani na końcową wytrzymałość materiału, co daje inżynierom pole manewru przy transporcie i przetwarzaniu księżycowego budulca.