นักวิทยาศาสตร์สร้างเหล็กจากดินดาวอังคารภายใต้สภาวะของดาวเคราะห์สีแดงได้สำเร็จ

การสร้างชุมชนบน Mars ต้องใช้โลหะจำนวนมหาศาล แต่การขนส่งวัสดุจาก Earth มีค่าใช้จ่ายสูงมาก NASA ใช้เงิน 243 ล้านดอลลาร์สหรัฐเพียงเพื่อส่งยานสำรวจ Perseverance หนักหนึ่งตันไปยังดาวเคราะห์สีแดง ขณะนี้นักวิจัยจาก Swinburne University และ CSIRO ได้ค้นพบแนวทางแก้ไขที่มีแนวโน้มดีโดยสามารถสร้างเหล็กโดยตรงจากดิน Mars ภายใต้สภาวะจำลองของ Mars ได้สำเร็จ

ความท้าทายระหว่าง Mars กับ Earth:

• แหล่งพลังงาน: ไม่มีเชื้อเพลิงฟอสซิล ไม่มีพลังงานน้ำ ประสิทธิภาพพลังงานแสงอาทิตย์ลดลง
• บรรยากาศ: บรรยากาศ CO2 บางเบาเมื่อเทียบกับสภาพแวดล้อมที่อุดมด้วยออกซิเจนของ Earth
• อันตรายทางเคมี: แหล่งสะสม Perchlorate ที่เป็นพิษต่อวัสดุที่มีคาร์บอนเป็นฐาน
• ค่าขนส่ง: 243 ล้านดอลลาร์สหรัฐสำหรับหุ่นยนต์ Perseverance หนัก 1 ตัน

ชุมชนถกเถียงเรื่องเหล็กกล้าเทียบกับเหล็กสำหรับการก่อสร้างบน Mars

ความก้าวหน้านี้ได้จุดประกายการอภิปรายที่น่าสนใจเกี่ยวกับประเภทของโลหะที่จะมีประโยชน์จริงสำหรับผู้อาศัยบน Mars ในขณะที่ทีมวิจัยผลิตเหล็กบริสุทธิ์ได้ที่อุณหภูมิประมาณ 1,000 องศาเซลเซียส ผู้เชี่ยวชาญในชุมชนชี้ให้เห็นว่าเหล็กกล้าจะเป็นประโยชน์มากกว่าสำหรับวัตถุประสงค์ในการก่อสร้าง เหล็กกล้ามีความแข็งแรงต่อแรงดึง 4-6 เท่าเมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กดิบ ทำให้จำเป็นสำหรับการสร้างโครงสร้างที่สามารถทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงของ Mars ได้

ความท้าทายอยู่ที่การสร้างปริมาณคาร์บอนที่แม่นยำในเหล็กกล้า Mars มีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มากมายในชั้นบรรยากาศบางๆ แต่การแปลงสิ่งนี้ให้เป็นคาร์บอนในปริมาณเล็กน้อยที่จำเป็นสำหรับการผลิตเหล็กกล้าต้องใช้กระบวนการที่ซับซ้อนซึ่งจำเป็นต้องพัฒนาบน Mars เอง

การเปรียบเทียบความแข็งแรงของวัสดุ:

• ความแข็งแรงต้านแรงดึงของเหล็กกล้า: สูงกว่าเหล็กดิบ 4-6 เท่า
• ปริมาณคาร์บอนในเหล็กกล้า: 0.05% ถึง 2%
• เหล็กหล่อ: มีปริมาณคาร์บอนสูงกว่าเหล็กกล้า
• การใช้งาน: โครงสร้างที่อยู่อาศัย สิ่งปลูกสร้างเพื่อการวิจัย เครื่องจักรขุดเจาะ

ความท้าทายในทางปฏิบัตินอกเหนือจากห้องปฏิบัติการ

ผู้ที่ชื่นชอบเทคโนโลยีเริ่มจินตนาการถึงขั้นตอนต่อไปของเทคโนโลยีนี้แล้ว บางคนแนะนำว่า SpaceX สามารถทดสอบกระบวนการนี้โดยการลงจอดยานสำรวจที่สร้างกองเหล็กจากดินในท้องถิ่น อย่างไรก็ตาม ความเป็นจริงของการขยายขนาดนี้มีอุปสรรคสำคัญ

Mars ขาดแหล่งพลังงานหลายอย่างที่เราถือเป็นเรื่องปกติบน Earth - ไม่มีเชื้อเพลิงฟอสซิล ไม่มีพลังงานไฟฟ้าจากน้ำ และแสงแดดที่อ่อนแอกว่ามากสำหรับแผงโซลาร์เซลล์ การสร้างอุปกรณ์หนักที่จำเป็นสำหรับการผลิตโลหะจำนวนมากจะต้องใช้การสร้างฐานอุตสาหกรรมทั้งหมดโดยใช้วัสดุที่น่าจะมีคุณภาพต่ำกว่าสิ่งที่เราคุ้นเคยบน Earth

กระบวนการผลิตเหล็กบน Mars :

• การก่อตัวของเหล็กบริสุทธิ์: ~1000°C
• โลหะผสมซิลิคอน-เหล็กเหลว: ~1400°C
• กระบวนการใช้สภาวะความดันบนพื้นผิว Mars
• วัตถุดิบ: ออกไซด์ที่อุดมไปด้วยเหล็กจาก regolith + คาร์บอนจากบรรยากาศ CO2

ภาพรวมใหญ่ของการใช้ทรัพยากรในอวกาศ

การวิจัยการผลิตเหล็กนี้เข้ากับสาขาที่เติบโตขึ้นที่เรียกว่า ISRU (In-Situ Resource Utilization) - โดยพื้นฐานแล้วคือการใช้วัสดุใดก็ตามที่คุณพบในท้องถิ่นแทนการขนส่งทุกอย่างจากบ้าน การทดลอง MOXIE ของ NASA ได้แสดงให้เห็นแนวคิดนี้แล้วโดยการสร้างออกซิเจนที่สามารถหายใจได้จากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศของ Mars

คุณไม่สามารถขนส่งทุกอย่างไปยัง Moon หรือ Mars จาก Earth ได้ - คุณต้องเรียนรู้วิธีการประมวลผลและกลั่นวัสดุในท้องถิ่น

ความสำเร็จของโครงการดังกล่าวอาจเป็นตัวกำหนดว่าการตั้งถิ่นฐานบน Mars จะเป็นเรื่องจริงหรือยังคงเป็นนิยายวิทยาศาสตร์ ทุกกิโลกรัมมีความสำคัญในภารกิจอวกาศ และความสามารถในการสร้างวัสดุก่อสร้างในสถานที่อาจเป็นความแตกต่างระหว่างการสร้างด่านวิจัยและการสร้างการมีอยู่ของมนุษย์อย่างถาวรบน Mars

ทีมวิจัยกำลังทำงานเพื่อให้กระบวนการของพวกเขาผลิตของเสียเป็นศูนย์ โดยที่ผลพลอยได้ทั้งหมดจะถูกเปลี่ยนเป็นวัสดุที่มีประโยชน์ พวกเขายังร่วมมือกันในระดับนานาชาติ เมื่อเร็วๆ นี้ได้จัดเวิร์กช็อปใน South Korea ขณะที่ความสนใจทั่วโลกในการสำรวจ Mars ยังคงเติบโต

อ้างอิง: How to make metals from Martian dirt