火星の土を模したレンガは驚くほど丈夫

地球に家を建てるのは難しいと思うなら、火星に家を建ててみてほしい。火星に輸送する資材は1ポンドごとに数千ドルかかるため、科学者たちは将来の火星コロニーを現地で調達できる資材、つまり火星の土で建設したいと考えている。しかし、それは思ったよりも難しい。

火星は寒いので、湿った火星のコンクリートを使った 3D プリントは難しい。レゴリスを溶岩に溶かして型に流し込むか、レーザーで溶かすこともできるが、どちらの方法も大量のエネルギーが必要になる。土をポリマーでくっつけることもできるが、そうすると火星にポリマーを輸送するのに多額の費用がかかる。

Nature 誌のScientific Reportsで提案された新しい戦略は、そのシンプルさが魅力的だ。火星の土をただ押しつぶして超強力なレンガを作ったらどうなるだろうか。カリフォルニア大学サンディエゴ校の研究者たちはまさにそれを試した。機械工学者の Yu Qiao 氏と彼の同僚たちは、ピストンプレスと火星の土の性質を模倣した土だけを使って、鉄筋コンクリートよりも強度のあるニッケルサイズのレンガを作った。

研究チームはこのユニークな特性を偶然発見しました。当初、彼らはポリマーバインダーを使用して火星のレンガを作る実験をしていました。地球と火星の間の仮想的な往復を減らすために、サンプルのバインダーの量を徐々に減らしていき、必要な最低量を調べました。「バインダーの含有量を 0 まで減らしてもまだある程度の強度があったので、材料自体に何か興味深いものがあることに気づきました」と Qiao 氏は言います。

振り回すハンマーとほぼ同じ力で圧縮すると、土壌模擬物質内の酸化鉄粒子（火星に特徴的な赤色を与える粒子）が結合し、レンガが驚くほど強くなるようです。

セントラルフロリダ大学で火星の土壌力学を研究している惑星物理学者のフィリップ・メッツガー氏は、この結果は興味深いと語るが、実際の火星の土壌は異なる挙動を示す可能性があると警告している。

「それは私たちも心配しているし、みんなも心配している」とチャオさんは言う。

彼が使用した模擬土はNASAが開発したもので、火星の土壌を模擬したものとしては最高のものの一つと考えられている。しかし、その組成は火星で見られた土とは異なっている。例えば、模擬土には火星のレゴリスの約3倍の酸化アルミニウムと6倍の酸化チタンが含まれている。また、この模擬土は雨の多いハワイから来ており、粒径や鉱物に影響を与える風化プロセスは乾燥した氷に覆われた隣国とは大きく異なる。言い換えれば、「火星のように見えるが、火星のように機能するという保証はない」とメッツガー氏は言う。

理想としては、将来の宇宙船がいつか赤い惑星から本物の土を持ち帰り、科学者がその土についてすべて学び、その特性をテストできるようになることですが、そのようなミッションはまだ計画されていません。それまで、またはレンガ製造ロボットを火星に送ることができるようになるまで、喬と彼のチームにできるのは、さまざまな化学組成や粒子のサイズや形状を実験することだけです。「これは継続的な取り組みになるでしょう」と喬は言います。

メッツガー氏によると、もうひとつの潜在的な制約がある。レンガを結合させる鉄酸化物は火星の表面の大部分の薄い層にしか存在せず、ほとんどの場所では人間の住居を建設するのに十分な材料を効率的に収集することが難しいということだ。赤い塵が数百フィートの深さまで積もる場所もあり、そこではこのレンガ製造戦略が非常に良い選択肢になるかもしれない。

NASAと幅広く協力してきたメッツガー氏は、NASAは地球上のどこでも使える技術、そして火星でも確実に機能する技術に投資する可能性が高いが、UCSDチームの研究は火星の表面でも役立つ可能性があると語る。

「これは前哨基地​​の場所を制限するため、NASAにとっては十分ではないかもしれない」とメッツガー氏は言う。「しかし、イーロン・マスクの火星コロニーにとっては完璧かもしれない。」