Realizzato con finto suolo marziano e lunare, un nuovo composto a base di zolfo potrebbe portare a una costruzione più rapida anche sulla Terra.
Se la NASA stabilirà una presenza permanente sulla Luna, le case dei suoi astronauti potrebbero essere realizzate con un nuovo calcestruzzo stampabile in 3D e privo di acqua. Un giorno, anche la vostra abitazione potrebbe essere realizzata in questo modo. Accelerando il processo di indurimento per una costruzione più rapida, questo composto a base di zolfo potrebbe diventare altrettanto applicabile sul nostro terreno come sul suolo lunare.
Artemis III, il cui lancio è previsto non prima del settembre 2026, non solo segnerà il ritorno dell’umanità sulla Luna dopo oltre 50 anni, ma sarà anche la prima missione a esplorare il Polo Sud lunare, il sito proposto per il campo base della NASA.
La costruzione di una base sulla Luna richiederà una grande quantità di infrastrutture lunari: rampe di lancio, rifugi e blocchi delle radiazioni. Ma spedire il cemento terrestre sulla superficie lunare ha un prezzo elevato. Inviare un solo chilogrammo di materiale sulla Luna costa circa 1,2 milioni di dollari, spiega Ali Kazemian, ricercatore di costruzioni robotiche presso la Louisiana State University (LSU). La NASA spera invece di creare nuovi materiali dal suolo lunare e di adattare le stesse tecniche per costruire su Marte.
Secondo l’American Society of Civil Engineers, il calcestruzzo tradizionale richiede grandi quantità d’acqua, un bene che scarseggerà sulla Luna e che è di fondamentale importanza per il supporto vitale o la ricerca scientifica. Mentre i precedenti progetti della NASA hanno testato composti che potrebbero essere utilizzati per produrre il “calcestruzzo lunare”, si sta ancora lavorando per creare il giusto materiale senz’acqua.
Per questo i ricercatori della LSU stanno perfezionando la formula, sviluppando un nuovo cemento a base di zolfo, che riscaldano fino a renderlo fuso per legare il materiale senza bisogno di acqua. In un lavoro recente, il team ha mescolato il cemento senz’acqua con terreno lunare e marziano simulato per creare un calcestruzzo stampabile in 3D, che è stato utilizzato per assemblare pareti e travi. “Abbiamo bisogno di costruzioni automatizzate e la NASA ritiene che la stampa 3D sia una delle poche tecnologie praticabili per la costruzione di infrastrutture lunari”, afferma Kazemian.
Oltre a evitare la necessità di acqua, il cemento è in grado di gestire temperature estreme e si indurisce più rapidamente rispetto ai metodi tradizionali. Per gli esperimenti il gruppo ha utilizzato una polvere già pronta, ma sulla Luna e su Marte gli astronauti potrebbero estrarre lo zolfo dal suolo superficiale.
I primi strati di una struttura sono stampati in 3D da calcestruzzo senz’acqua. PER GENTILE CONCESSIONE DI ALI KAZEMIAN
Per verificare se il calcestruzzo è in grado di resistere al duro ambiente lunare, il team ha collocato le strutture in una camera a vuoto per settimane, analizzando la stabilità del materiale a diverse temperature. Inizialmente, i ricercatori temevano che le condizioni di freddo sul lato oscuro della luna potessero causare la trasformazione del composto in un gas attraverso un processo chiamato sublimazione, come quando il ghiaccio secco salta la fase liquida ed evapora direttamente. Alla fine hanno scoperto che il calcestruzzo è in grado di resistere alle gelide previsioni del Polo Sud lunare senza perdere la sua forma.
Alcune condizioni, come la gravità ridotta, potrebbero addirittura andare a vantaggio del calcestruzzo. L’esperimento ha testato strutture come muri e piccole torri circolari, ciascuna realizzata impilando molti strati di calcestruzzo. “Una delle sfide principali della stampa 3D su larga scala è la distorsione di questi strati spessi e pesanti”, spiega Kazemian, “ma quando c’è una gravità ridotta, questo può aiutare a evitare che gli strati si deformino”.
Kazemian e i suoi colleghi hanno recentemente trasferito la tecnologia al Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, in Alabama, per implementare il loro progetto su un sistema robotico su scala più ampia e testare la costruzione in camere a vuoto più grandi. Se adottato, il calcestruzzo sarà probabilmente utilizzato per le strutture lunari più alte, come gli habitat e gli scudi antiradiazioni. I progetti più piatti, come una piattaforma di atterraggio, utilizzeranno probabilmente tecnologie basate sul laser per fondere il suolo lunare in una struttura di ceramica.
I test che possiamo fare sulla Terra, tuttavia, potrebbero essere pochi. Secondo Philip Metzger, fisico planetario dell’Università della Florida centrale, recentemente andato in pensione dal Kennedy Space Center della NASA, l’efficacia del cemento potrebbe vacillare con il passaggio dal terreno simulato a quello reale. “Nei campioni di questi pianeti c’è una chimica che i simulanti non possono replicare perfettamente”, afferma. “Quando invieremo missioni su questi corpi planetari per testare la tecnologia utilizzando il suolo reale, potremmo scoprire che dobbiamo migliorare ulteriormente la tecnologia per farla funzionare in quell’ambiente”.
Ma Metzger vede ancora il calcestruzzo a base di zolfo come una base vitale per le strutture più alte dei prossimi progetti planetari. Le future missioni su Marte potrebbero richiedere strade per andare e tornare dai siti di estrazione del ghiaccio e pavimentazioni intorno agli habitat per creare zone di lavoro prive di polvere. Questo nuovo calcestruzzo avvicina questi obiettivi lontani alla realtà.
Potrebbe essere utile anche per le costruzioni sulla Terra. Kazemian vede il nuovo materiale come una potenziale alternativa al calcestruzzo tradizionale, soprattutto nelle aree con scarsità d’acqua o con un eccesso di zolfo. Alcune zone del Medio Oriente, ad esempio, sono caratterizzate da un’abbondanza di zolfo dovuta alla produzione di petrolio e gas.
Secondo Metzger, questa tecnologia potrebbe essere particolarmente utile nelle aree disastrate con catene di approvvigionamento interrotte. Potrebbe anche avere applicazioni militari per la costruzione rapida di strutture come gli edifici di stoccaggio. “È un’ottima cosa per chi lavora su un altro pianeta e non ha molto supporto”, afferma Metzger. “Ma ci sono già molti analoghi qui sulla Terra”.
