用模拟火星土壤制成的砖块强度惊人

如果你认为在地球上建房子很难，那就试试在火星上建房子吧。我们运送到这颗红色星球的每一磅材料都要花费数千美元，所以科学家们希望用当地材料——也就是火星泥土——建造我们未来的火星殖民地。但这比听起来要困难得多。

火星很冷，这使得使用湿火星混凝土进行 3D 打印成为一项挑战。我们可以将风化层融化成熔岩并将其倒入模具中，或者用激光将其融化，但这两种方法都需要大量能源。我们可以尝试用聚合物将泥土粘在一起，但这样一来，我们将花费大量资金将聚合物运送到火星。

《自然科学报告》提出了一种新策略，其简单性颇具吸引力：如果我们将火星土壤压成超强砖块会怎样？加州大学圣地亚哥分校的研究人员就尝试了这种方法。机械工程师 Yu Qiao 和他的同事只使用活塞压机和一些模拟火星泥土特性的土壤，就制成了镍块大小的砖块，其强度比钢筋混凝土还要高。

该团队偶然发现了这一独特特性。起初，他们尝试使用聚合物粘合剂制作火星砖。为了减少地球和火星之间假设的旅行次数，他们逐渐降低样品中的粘合剂量，以查看所需的最低量。“当我们将粘合剂含量降低到 0 时，它仍然具有一定的强度，”乔说，“我们意识到这种材料本身有一些有趣的地方。”

当使用与挥动锤子相当的力进行压缩时，土壤模拟物中的氧化铁颗粒（正是这些颗粒赋予了火星特有的红色）似乎结合在一起，这使砖块出奇地坚固。

中佛罗里达大学研究火星土壤力学的行星物理学家菲利普·梅茨格 (Philip Metzger) 表示，这些结果很有趣，但他警告说，真实的火星土壤的表现可能会有所不同。

乔先生说：“这也是我们的担忧 — — 每个人都担心的问题。”

他使用的模拟物是由 NASA 开发的，被认为是最好的火星土壤模拟物之一。但它的成分与我们在火星上看到的有所不同——例如，模拟物的氧化铝含量是火星风化层的三倍，氧化钛含量是火星风化层的六倍。而且它来自多雨的夏威夷，那里影响颗粒大小和矿物质的风化过程与我们干燥多冰的邻居有显著不同。换句话说，梅茨格说，“它看起来像火星，但不能保证它的行为也像火星。”

理想情况下，未来的航天器有朝一日能从火星带回真正的土壤，这样科学家就能了解土壤的方方面面，测试土壤的特性，但目前还没有这样的计划。在那之前，或者在他们能把制砖机器人送上火星之前，乔和他的团队能做的最好的事情就是试验不同的化学成分、颗粒大小和形状。“这将是一项持续的努力，”乔说。

梅茨格表示，还有一个潜在的限制：将砖块粘合在一起的氧化铁只存在于火星表面的薄层中，这使得在大多数地方很难有效地收集足够的材料来建造人类避难所。有些地方的红色尘埃堆积了数百英尺深，这种制砖策略可能是一个非常好的选择。

梅茨格（曾与美国宇航局进行过广泛合作）表示，虽然美国宇航局更有可能投资一种可以在地球上任何地方使用的技术，而且他们确信这种​​技术可以在火星上使用，但加州大学圣地亚哥分校团队的工作仍有可能在火星表面得到应用。

“对于 NASA 来说，这可能还不够好，因为它限制了前哨站的位置，”梅茨格说，“但对于伊隆马斯克的火星殖民地来说，这可能是完美的。”