El astronauta de la Agencia Espacial Europea Alexander Gerst trabaja en el experimento MICS a bordo de la Estación Espacial Internacional. Las observaciones de cómo reacciona el cemento en el espacio durante el proceso de endurecimiento pueden ayudar a los ingenieros a comprender mejor su microestructura y propiedades del material. que podría mejorar las técnicas de procesamiento del cemento en la Tierra y conducir al diseño de hábitats espaciales ligeros. Crédito:NASA
Cuando los humanos van a la Luna o Marte para quedarse, necesitarán construir lugares seguros en los que vivir y trabajar. El material de construcción más utilizado en la Tierra, hormigón, puede ser la respuesta. Es lo suficientemente fuerte y duradero como para brindar protección contra la radiación cósmica y los meteoritos, y puede ser posible fabricarlo utilizando materiales disponibles en estos cuerpos celestes.
El hormigón es una mezcla de arena, grava y rocas pegadas con una pasta hecha de agua y polvo de cemento. Si bien eso suena simple, el proceso es bastante complejo, y los científicos todavía tienen preguntas sobre la química y las estructuras microscópicas involucradas y cómo los cambios en la gravedad pueden afectar el proceso.
Una investigación reciente sobre la Estación Espacial Internacional examinó la solidificación del cemento en microgravedad para ayudar a responder esas preguntas. Para el proyecto de Investigación de Microgravedad de Solidificación de Cemento (MICS), investigadores mezclaron silicato tricálcico (Ca 3 SiO 5 o C 3 S) y agua fuera de la gravedad de la Tierra por primera vez. El principal componente mineral de la mayoría de los cementos disponibles comercialmente, C 3 S controla muchas de sus reacciones y propiedades químicas. MICS exploró si solidificar cemento en microgravedad daría como resultado microestructuras únicas y proporcionó una primera comparación de muestras de cemento procesadas en el suelo y en microgravedad.
Los investigadores informaron sus resultados en un artículo publicado en Frontiers in Materials, "Efecto de la microgravedad en el desarrollo microestructural del silicato tricálcico (C 3 S) Pegar ".
Estas imágenes comparan las pastas de cemento mezcladas en el espacio (arriba) y en el suelo (abajo). La muestra del espacio muestra más porosidad, o espacios abiertos en el material, que afecta la resistencia del hormigón. Los cristales en la muestra de la Tierra también están más segregados. Crédito:Laboratorio de caracterización de materiales de Penn State
"En misiones a la Luna y Marte, los seres humanos y el equipo deberán protegerse de las temperaturas y la radiación extremas, y la única forma de hacerlo es construyendo infraestructuras en estos entornos extraterrestres, ", dijo la investigadora principal Aleksandra Radlinska de la Universidad Estatal de Pensilvania." Una idea es construir con un material similar al hormigón en el espacio. El hormigón es muy resistente y ofrece una mejor protección que muchos materiales ".
Otra ventaja significativa del hormigón es que, en teoría, los exploradores podrían hacerlo con los recursos disponibles en esos cuerpos extraterrestres, como el polvo en la luna, también conocido como regolito lunar. Eso eliminaría la necesidad de transportar materiales de construcción a la Luna o Marte, reduciendo significativamente el costo.
Los científicos saben cómo se comporta y se endurece el hormigón en la Tierra, pero aún no sé si el proceso es el mismo en el espacio. "¿Cómo se endurecerá? ¿Cuál será la microestructura?" dijo Radlinska. "Esas son las preguntas que estamos tratando de responder".
Los investigadores crearon una serie de mezclas que variaban el tipo de cemento en polvo, número y tipo de aditivos, Cantidad de agua, y tiempo permitido para la hidratación. Como los granos de cemento en polvo se disuelven en agua, su estructura molecular cambia. Los cristales se forman en toda la mezcla y se entrelazan entre sí. En la primera evaluación, las muestras procesadas en la estación espacial muestran cambios considerables en la microestructura del cemento en comparación con las procesadas en la Tierra. Una diferencia principal fue el aumento de la porosidad, o la presencia de espacios más abiertos. "El aumento de la porosidad influye directamente en la resistencia del material, pero todavía tenemos que medir la resistencia del material formado en el espacio, "dijo Radlinska.
"Aunque el hormigón se ha utilizado durante tanto tiempo en la Tierra, todavía no entendemos necesariamente todos los aspectos del proceso de hidratación. Ahora sabemos que hay algunas diferencias entre los sistemas terrestres y espaciales y podemos examinar esas diferencias para ver cuáles son beneficiosas y cuáles perjudiciales para el uso de este material en el espacio. ", dijo Radlinska." Además, las muestras estaban en bolsas selladas, entonces otra pregunta es si tendrían complejidades adicionales en un entorno de espacio abierto ".
El entorno de microgravedad de la estación es fundamental para estos primeros análisis de cómo el cemento puede hidratarse en la Luna y Marte. Una centrífuga a bordo puede simular los niveles de gravedad de esos cuerpos extraterrestres, algo que no es posible en la Tierra. Actualmente se está evaluando muestras de cemento que contienen partículas lunares simuladas procesadas a bordo del laboratorio en órbita a diferentes niveles de gravedad.
Mostrar que el hormigón puede endurecerse y desarrollarse en el espacio representa un paso importante hacia esa primera estructura construida en la Luna utilizando materiales de la Luna. "Confirmamos la hipótesis de que esto se puede hacer, ", Dijo Radlinska." Ahora podemos dar los siguientes pasos para encontrar aglutinantes que sean específicos para el espacio y para niveles variables de gravedad, desde cero g hasta Marte gy en el medio ".
