Đóng gạch từ đất mô phỏng đất sao Hỏa: bền chắc hơn bê tông

Trong tương lai, liệu chúng ta có thể dùng gạch này để xây dựng căn cứ trên hành tinh đỏ?

Nếu bạn nghĩ việc xây nhà trên Trái Đất đã khó khăn, hãy thử xây một ngôi nhà trên sao Hỏa. Mỗi kg vật liệu được vận chuyển tới hành tinh đỏ sẽ tốn hàng ngàn đô la, vì vậy các nhà khoa học muốn xây dựng các căn cứ tương lai từ các vật liệu có nguồn gốc tại chính hành tinh đó - cụ thể là bụi sao Hỏa. Nhưng điều đó khó khăn hơn chúng ta tưởng.

Nhiệt độ trên sao Hỏa rất thấp, khiến việc in 3D với bê tông ướt là một thách thức. Chúng ta có thể làm tan chảy lớp bụi và đá bám trên bề mặt thành dung nham rồi đổ vào khuôn, hoặc làm tan chảy lớp bụi đó bằng laser, nhưng cả hai phương pháp này sẽ mất rất nhiều năng lượng. Hoặc cách khác là kết dính bụi đất bằng polyme, nhưng sẽ tiêu tốn rất nhiều tiền để vận chuyển polymer lên sao Hỏa.

Một chiến lược mới được đề xuất trong Báo cáo khoa học của nhà xuất bản Nature rất hấp dẫn bởi tính đơn giản của nó: nếu chúng ta có thể dùng đất sao Hỏa làm thành loại gạch siêu chắc? Các nhà nghiên cứu tại Đại học California, San Diego đã tiến hành thử nghiệm phương pháp trên. Chỉ cần máy ép piston và một số đất mô phỏng các đặc tính của bụi sao Hỏa, kỹ sư cơ khí Yu Qiao và các đồng nghiệp của ông đã chế tạo những viên gạch có kích thước bằng đồng 5 xu chắc hơn bê tông cốt thép.

Đội của Yu Qiao đã vô tình phát hiện ra đặc tính độc đáo này. Lúc đầu, họ thử nghiệm sản xuất gạch sao Hỏa bằng chất kết dính là polymer. Để giảm các chuyến đi trong giả thuyết giữa Trái đất và sao Hỏa, họ dần dần hạ thấp lượng chất kết dính trong mẫu gạch để xem mức tối thiểu cần thiết. Qiao cho biết: "Khi chúng tôi giảm lượng chất kết dính xuống còn 0 thì vẫn còn độ chắc nhất định. Theo chúng tôi, bản thân chất liệu đã có gì đó thú vị rồi".

Gạch làm từ loại đất giống trên sao Hỏa có thể vững chắc hơn bê tông. Viên gạch này bị vỡ bởi các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm quá ngưỡng thất bại của nó. (Ảnh: Trường Kỹ thuật Jacobs/Đại học California, San Diego).

Khi được nén bằng lực tương đương lực tác động từ búa xoay, các hạt sắt oxit trong đất mô phỏng - những hạt mang lại màu đỏ đặc trưng của sao Hỏa - dường như gắn kết với nhau. Chính đặc tính này làm cho gạch trở nên vững chắc một cách đáng ngạc nhiên.

Nhà vật lý hành tinh học Philip Metzger chuyên nghiên cứu về cơ học đất sao Hỏa tại Đại học Central Florida cho biết kết quả trên rất thú vị, nhưng cũng cảnh báo đất thực sự trên sao Hỏa có thể có phản ứng khác.

Qiao cho biết: "Đó cũng là nỗi lo lắng của chúng tôi".

Vật liệu mô phỏng mà Qiao sử dụng đã được NASA phát triển và được xem là một trong những mô phỏng đất sao Hỏa tốt nhất. Tuy nhiên, thành phần của nó khác với những gì chúng ta đã thấy trên sao Hỏa - ví dụ như vật liệu mô phỏng có lượng oxit nhôm gấp 3 lần, và titan oxit gấp 6 lần so với lớp bụi và đá trên Sao Hỏa. Và đất này được lấy từ Hawai nhiều mưa, nơi các trạng thái thời tiết ảnh hưởng đến kích thước hạt và các khoáng chất có sự khác biệt đáng kể so với hành tinh láng giềng khô và băng giá của chúng ta. Hay nói cách khác, Metzger cho biết: "Trông có vẻ giống sao Hỏa, nhưng không có gì bảo đảm rằng nó phản ứng như sao Hỏa".

Lý tưởng là một ngày nào đó tàu vũ trụ sẽ mang về đất thực sự từ hành tinh đỏ để các nhà khoa học có thể tìm hiểu và thử nghiệm các đặc tính của đất, tuy nhiên trên thực tế vẫn chưa có sứ mệnh nào như vậy được nhắc đến. Cho đến lúc đó, hoặc cho đến khi có thể gửi được một robot sản xuất gạch lên sao Hỏa, điều tốt nhất mà Qiao và nhóm của ông có thể làm là thử nghiệm với loại vật liệu không giống hoàn toàn về thành phần hóa học cũng như kích cỡ và hình dạng hạt. Qiao cho biết ông và đội của mình sẽ tiếp tục nỗ lực.

Và còn có một hạn chế tiềm ẩn khác, Metzger cho biết: "các oxit sắt kết nối các viên gạch với nhau chỉ được tìm thấy trong một lớp mỏng trên bề mặt của sao Hỏa, điều này sẽ làm cho việc thu thập đủ chất liệu để xây dựng một nơi trú ẩn cho con người trở nên rất khó khăn ở hầu hết các địa điểm trên sao Hoả. Chỉ những nơi mà các lớp bụi đỏ chồng lên nhau với độ sâu đến hàng trăm cm mới phù hợp với việc tạo ra các viên gạch từ lớp bụi".

Metzger (người từng hợp tác mật thiết với cơ quan hàng không và vũ trụ NASA) cho biết mặc dù cơ quan này nhiều khả năng đầu tư vào một công nghệ có thể được dùng ở bất cứ đâu trên Sao Hỏa và chắc chắn mang lại hiệu quả, thì kết quả nghiên cứu của Yu Qiao và các đồng nghiệp vẫn có tính ứng dụng trên bề mặt sao Hỏa.

Theo Metzger, chiến lược trên có thể không đủ tốt cho NASA, vì nó giới hạn vị trí của các căn cứ nhưng đối với doanh nhân công nghệ nổi tiếng Elon Musk, đây có thể là giải pháp hoàn hảo.