Estudo: futuros astronautas poderiam usar sua própria urina para ajudar a construir bases lunares

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Prolongar / As futuras bases lunares podem ser construídas com impressoras 3D que misturam materiais como regolito da lua, água e urina dos astronautas.

No início do ano passado, a NASA anunciou um plano ambicioso devolver astronautas americanos à Lua e estabelecer uma base permanente lá, com o objetivo de eventualmente colocar astronautas em Marte. O Programa Artemis Moon tem sua parcela de críticos, incluindo muitos na Câmara dos Deputados dos EUA, que parece preferir um foco mais forte em uma missão tripulada a Marte. Como Eric Berger, do Ars relatado em agosto passado, "A NASA corre um risco muito real de transformar o Programa Artemis em um repetição do programa Apollo– uma bandeira e pegadas disparam de volta para a Lua sem acompanhamento na forma de uma base lunar ou uma presença sustentada no espaço profundo ".

Mas se os objetivos ambiciosos do Programa Artemis sobreviverem ao processo de apropriação, a ciência dos materiais será crucial para o seu sucesso, principalmente quando se trata dos materiais necessários para construir uma base lunar viável. O concreto, por exemplo, requer uma quantidade substancial de água adicionada para ser utilizável no local, e há um suprimento pronunciado de água na lua. No um novo papel no Journal of Cleaner Production, uma equipe internacional de cientistas sugere que os astronautas que montam uma base na lua poderiam usar a uréia na urina como um plastificante para criar um material de construção semelhante ao concreto a partir do solo lunar.

Certamente há um forte argumento a ser usado para usar materiais existentes na própria Lua para construir uma base lunar. A NASA estima que custa em torno de US $ 10.000 para transportar uma libra de material em órbita, segundo os autores. As propostas anteriores pediram Impressão 3D com cimento Sorel, que requer quantidades significativas de produtos químicos e água (consumíveis), e um material parecido com uma rocha isso exigiria água e ácido fosfórico como aglutinante líquido. (O último pode ser mais adequado para construir uma base em Marte.)

Regolito lunar cravado (o solo fino e pulverulento na superfície da Lua) com geopolímeros poderia fornecer uma solução. Os geopolímeros trazem várias vantagens à mistura de concreto: são resistentes ao fogo e têm baixa condutividade térmica, fornecem proteção contra radiação e podem suportar os elementos do ambiente lunar severo (altas quantidades de sulfatos, por exemplo, além de ataques de ácidos e sal). Eles geralmente apresentam boa resistência ao congelamento / degelo e alta resistência à compressão.

A impressão 3D é preferida para a construção lunar, a fim de minimizar os riscos para os seres humanos na Lua durante a construção, mas essa abordagem de fabricação camada a camada requer um material suficientemente flexível para extrusão, entre outras propriedades desejáveis. Na Terra, pode-se adicionar água extra, mas isso não é viável na Lua. Existem os chamados super plastificantes que seriam ideais para esse fim, mas também não existem super plastificantes que ocorrem naturalmente na Lua; portanto, isso também exigiria transporte caro. (Os plastificantes são aditivos químicos que servem para amolecer as misturas iniciais de concreto, de modo que sejam flexíveis o suficiente para vazar ou dar forma antes do endurecimento.)

Mas haverá astronautas humanos na Lua durante a construção, produzindo resíduos orgânicos (urina e fezes). E o componente de uréia na urina pode servir como um super plastificante eficaz para materiais de construção de impressão 3D para bases lunares. Cientistas da Noruega, Espanha, Holanda e Itália decidiram estabelecer prova de princípio com a bênção da Agência Espacial Européia. (Juntamente com o seu homólogo chinês, a ESA também está interessada em estabelecer uma base lunar.)

"A idéia é usar o que existe: regolito – material solto da superfície da Lua – e a água do gelo presente em algumas áreas."

"Para tornar o geopolímero concreto que será usado na Lua, a idéia é usar o que existe: regolito – material solto da superfície da Lua – e a água do gelo presente em algumas áreas". disse o co-autor Ramón Pamies da Universidade Politécnica de Cartagena (Murcia). "Com este estudo, vimos que um produto residual, como a urina do pessoal que ocupa as bases da Lua, também pode ser usado. Os dois principais componentes desse fluido corporal são a água e a uréia, uma molécula que permite a ligação do hidrogênio. ser quebrado e, portanto, reduz as viscosidades de muitas misturas aquosas. ”

A equipe usou um material sintético projetado pela ESA com características semelhantes ao regolito lunar, adicionando uréia, um super plastificante à base de policarboxilato e um super plastificante à base de naftaleno a diferentes lotes, além de fazer um lote de controle sem qualquer super -plastificante. Em seguida, os pesquisadores usaram uma impressora 3D para fazer cilindros de lama de cada lote. Eles testaram cada lote quanto à capacidade de suportar pesos pesados, mantendo a forma, inclusive após cada um dos oito ciclos de congelamento / degelo, imitando o máximo possível as duras condições lunares.

Os resultados: os lotes sem super plastificante e o super plastificante à base de policarboxilato mostraram-se muito rígidos para impressão 3D e estavam propensos a rachaduras. Os lotes com super plastificantes à base de uréia e naftaleno, por outro lado, mostraram-se maleáveis ​​o suficiente para extrusão com fraturas pequenas (naftaleno) a nenhuma (uréia), e também mantiveram sua forma sob cargas externas pesadas. Entretanto, ambos os lotes mostraram uma diminuição na resistência à compressão e algumas microfissuras após oito ciclos de congelamento / descongelamento. No entanto, "em geral, a uréia apresenta propriedades promissoras como super plastificante para impressão 3D de geopolímeros lunares", concluíram os autores.

Mais a fazer

Isso é principalmente uma prova de princípio, e são necessárias mais experiências. Os materiais não foram submetidos a um vácuo, por exemplo, o que poderia causar a formação de trincas devido à evaporação de componentes voláteis. A equipe ainda não avaliou até que ponto os geopolímeros do regolito lunar se sustentariam sob bombardeio de meteoritos ou quão bem eles protegeriam os seres humanos dos altos níveis de radiação.

Há também outra preocupação pragmática. "Ainda não investigamos como a uréia seria extraída da urina, pois estamos avaliando se isso seria realmente necessário, porque talvez outros componentes (da urina) também possam ser usados ​​para formar o concreto geopolimérico". co-autor Anna-Lena Kjøniksen disse. "A água real na urina pode ser usada para a mistura, junto com a que pode ser obtida na Lua, ou uma combinação de ambas."

DOI: Journal of Cleaner Production, 2020. 10.1016 / j.jclepro.2019.119177 (Sobre os DOIs)

Fonte: Ars Technica