Lunarcrete , también conocido como " mooncrete ", una idea propuesta por primera vez por Larry A. Beyer de la Universidad de Pittsburgh en 1985, es un hipotético material de construcción agregado , similar al concreto , formado a partir de regolito lunar , que reduciría los costos de construcción de la construcción. en la Luna . [3]
Fuerza compresiva | 39–75,7 N / mm 2 ( MPa ) |
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El módulo de Young | 21,4 kN / m 2 |
Densidad | 2,6 g / cm 3 |
Coeficiente de temperatura | 5,4 × 10 −6 K −1 |
Ingredientes
Solo 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 mediante el uso de cenizas de carbón de lignito . [3] Otros investigadores han utilizado los materiales simuladores de regolito lunar desarrollados posteriormente , como JSC-1 (desarrollado en 1994 y utilizado por Toutanji et al.). [4] Sin embargo, se han realizado algunas pruebas a pequeña escala, con regolito real, en laboratorios. [2]
Los ingredientes básicos del lunarcrete serían los mismos que los del hormigón terrestre: áridos, agua y cemento . En el caso de lunarcrete, el agregado sería regolito lunar. El cemento se fabricaría beneficiando roca lunar que tuviera un alto contenido de calcio. El agua se suministraría desde fuera de la Luna o combinando oxígeno con hidrógeno producido a partir del suelo lunar . [2]
Lin y col. usó 40 g de las muestras de regolito lunar obtenidas por el Apolo 16 para producir lunarcrete en 1986. [5] El lunarcrete se curó usando vapor en una mezcla seca de agregado / cemento. Lin propuso que el agua para tal 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 perdió solo el 20% de esa resistencia después de una exposición repetida al vacío. [6]
En 2008, Houssam Toutanji, de la Universidad de Alabama en Huntsville , y Richard Grugel, del Centro de Vuelo Espacial Marshall , utilizaron un simulador de suelo lunar para determinar si el hormigón lunar se podía fabricar sin agua, utilizando azufre (obtenible del polvo lunar) como base. agente de unión. El proceso para crear este hormigón de azufre requirió calentar el azufre a 130-140 ° C. Después de la exposición a 50 ciclos de cambios de temperatura, de -27 ° C a temperatura ambiente, se descubrió que el hormigón lunar simulante 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 reforzaba con sílice. (también obtenible del polvo lunar). [7]
Casting y producción
Se necesitaría una infraestructura significativa antes de que pudiera ser posible la producción a escala industrial de hormigón lunar. [2]
La fundición de lunarcrete requeriría un ambiente presurizado, porque intentar lanzar en el vacío simplemente daría como resultado que el agua se sublimara y que el lunarcrete no se endureciera. Se han propuesto dos soluciones a este problema: premezclar el agregado y el cemento y luego usar un proceso de inyección de vapor para agregar el agua, o el uso de una planta de fabricación de concreto presurizado que produce bloques de concreto prefabricados. [2] [8]
Lunarcrete comparte la misma falta de resistencia a la tracción que el hormigón terrestre. Un material de tensión equivalente lunar sugerido para crear hormigón pretensado es el vidrio lunar, también formado a partir de regolito, al igual que la fibra de vidrio ya se utiliza a veces como material de refuerzo de 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, importar de la Tierra que el acero convencional). [8]
"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 lunar superficial. [9] [10]
El azufre está presente en la Luna en forma de mineral troilita, (FeS) [11] 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 establecido. Estrictamente hablando, no es un hormigón 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 tiene que curarse, sino que simplemente se calienta por encima del punto de fusión del azufre, 140 ° C, y después de enfriarlo alcanza una alta resistencia inmediatamente.
La mejor mezcla para resistencia a la tracción y 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 [12] La adición de sílice también aumenta la resistencia del hormigón. [13]
Este hormigón de azufre podría tener un valor especial para minimizar el polvo, por ejemplo, para crear una plataforma de lanzamiento de cohetes que salgan de la Luna. [11]
Problemas con el "hormigón de azufre"
Proporciona menos protección contra la radiación cósmica, por lo que las paredes deberían ser más gruesas que las de hormigón (el agua en el hormigón es un absorbente especialmente bueno de la radiación cósmica).
El azufre se derrite a 115,2 ° C y las temperaturas lunares en latitudes altas pueden alcanzar los 123 grados centígrados al mediodía. Además, los cambios de temperatura podrían cambiar el volumen del hormigón de azufre debido a transiciones polimórficas en el azufre. [11] (ver Alótropos de azufre ). [13]
Por lo tanto, el hormigón de azufre sin protección en la Luna, si se expone directamente a las temperaturas de la superficie, debería limitarse a latitudes más altas o lugares sombreados con temperaturas máximas inferiores a 96 ° C y variaciones mensuales que no superen los 114 ° C.
El material se degradaría a través de repetidos ciclos de temperatura, 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 dañarse por la pulverización catódica del impacto de partículas de alta energía del viento solar y las erupciones solares. Sin embargo, esto puede ser fácil de reparar, recalentando o revistiendo las capas superficiales para eliminar las grietas por sinterización y curar el daño.
Usar
David Bennett, de la British Cement Association, sostiene que lunarcrete tiene las siguientes ventajas como material de construcción para bases lunares: [8]
- La producción lunarcrete requeriría menos energía que la producción lunar de acero , aluminio o ladrillo . [8]
- No se ve afectado por variaciones de temperatura de +120 ° C a -150 ° C. [8]
- Absorberá rayos gamma . [8]
- La integridad del material no se ve afectada por la exposición prolongada al vacío. Aunque el agua libre se evaporará del material, el agua que está unida químicamente como resultado del proceso de curado no lo hará. [8]
Sin embargo, observa que lunarcrete no es un material hermético, y para hacerlo hermético se requeriría la aplicación de una capa de epoxi al interior de cualquier estructura de lunarcrete. [8]
Bennett sugiere que los edificios lunares hipotéticos hechos de lunarcrete probablemente usarían 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 de sílice densa para las pieles exteriores. [8]
Ver también
- Utilización de recursos in situ : uso astronáutico de materiales recolectados en el espacio ultraterrestre
- Recursos lunares
Referencias
- ^ JA Happel (1993). "Materiales indígenas para la construcción lunar". Revisiones de Mecánica Aplicada . Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos . 46 (6): 313–325. Código Bibliográfico : 1993ApMRv..46..313H . doi : 10.1115 / 1.3120360 .
- ^ a b c d e f F. Ruess; J. Schaenzlin y H. Benaroya (julio de 2006). "Diseño estructural de un hábitat lunar" (PDF) . Revista de Ingeniería Aeroespacial . Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles . 19 (3): 138. doi : 10.1061 / (ASCE) 0893-1321 (2006) 19: 3 (133) .
- ^ a b "Los ingenieros de UND quisieran seguir el camino de Lunarcrete". Heraldo de Grand Forks . Dakota del Norte. 1988-02-28.
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- ^ PRODUCCIÓN DE HORMIGÓN LUNAR UTILIZANDO AZUFRE FUNDIDO Informe de investigación final para la beca JoVe NASA Grant NAG8 - 278 por el Dr. Husam A. Omar
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Otras lecturas
- Larry A. Beyer (octubre de 1985). "Lunarcrete - un enfoque novedoso para la construcción extraterrestre" . En Barbara Faughnan; Gregg Maryniak (eds.). Space Manufacturing 5: Ingeniería con materiales lunares y asterodiales, Actas de la Séptima Conferencia de Princeton / AIAA / SSI del 8 al 11 de mayo de 1985 . Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica . pag. 172. ISBN 093040307XISBN 978-0-930403-07-2 .
- TD Lin; H. Amor; D. y Stark (octubre de 1987). "Propiedades físicas del hormigón hecho con muestra de suelo lunar Apolo 16" (PDF) . En Barbara Faughnan; Gregg Maryniak (eds.). Space Manufacturing 6: Actas de la octava conferencia de Princeton / AIAA / SSI del 6 al 9 de mayo de 1987 . Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica . págs. 361–366.
- N. Ishikawa; H. Kanamori y T. Okada. "La posibilidad de la producción de hormigón en la luna" (PDF) . En WW Mendell; JW Alred; LS Bell; MJ Cintala; TM Crabb & RH Durrett (eds.). La Segunda Conferencia sobre Bases Lunares y Actividades Espaciales del Siglo XXI, Houston, TX, 5-7 de abril de 1988 . Publicación de la conferencia de la NASA. págs. 489–492.
- R. Robinson (enero de 1989). "Construyendo sobre la luna". Ingeniería civil : 40–43.
- H. Kinomere; S. Matsumoto; H. Fujishiro y K. Yatsuyanagi (1990). "Un estudio de costes de la producción de hormigón en la Luna". En Stewart W. Johnson y John P. Wetzel (eds.). Ingeniería, construcción y operaciones en el espacio II: Space '90; Actas de la Segunda Conferencia Internacional, Albuquerque, Nuevo México, 22 al 26 de abril de 1990 . Nueva York: Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles . págs. 1523-1532. ISBN 0872627527.
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- Dennis M. Pakulski y Kenneth J. Knox (1992). "Sistema de inyección de vapor para hormigón lunar". Ingeniería, construcción y operaciones en el espacio III: Space '92; Actas de la 3ª Conferencia Internacional, Denver, CO, 31 de mayo al 4 de junio de 1992 . 2 (A93-41976 17-12). págs. 1347-1358.
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