Đất trên sao Hỏa có thể được dùng để in 3D các bộ phận của tên lửa trên Hành tinh Đỏ

(Tổ Quốc) - Nhiều nhà nghiên cứu đang nỗ lực tìm cách chế tạo vật liệu trên Sao Hỏa và một nghiên cứu mới đã phát hiện ra cách tạo hợp kim titan từ regolith (lớp đất mặt) của Sao Hỏa.

Từ khi khám phá không gian, mọi hoạt động trong lĩnh vực này đều tốn kém. Ví dụ, tàu con thoi của NASA cần tới 54,000 đô la để đưa một kg trọng lượng lên quỹ đạo Trái Đất.

Theo dự kiến của NASA và sứ mệnh Artemis và Gateway, việc định cư trên Mặt Trăng sẽ bắt đầu từ năm 2024 khi con người đặt chân lên bề mặt Mặt Trăng. Sử dụng tài nguyên tại chỗ có thể giúp làm giảm thách thức về hậu cần cho các sứ mệnh ngoài Trái Đất.

Khả năng sản xuất và sửa chữa các cấu trúc trong không gian là rất quan trọng cho các sứ mệnh không gian trong tương lai, như đặt chân lên Mặt Trăng, Sao Hỏa và thậm chí Trạm Vũ trụ Quốc tế. Các kỹ thuật sản xuất phụ gia có thể tạo ra cấu trúc từ dưới lên và từng lớp bằng cách sử dụng tài nguyên có sẵn tại chỗ.

Ngoài ra, việc sử dụng tài nguyên tại chỗ có thể giảm bớt khối lượng cần thiết cho các sứ mệnh ngoài Trái Đất. Khả năng sản xuất các cấu trúc tùy chỉnh với các thiết kế khác nhau khiến nó trở thành một cách tiếp cận hấp dẫn để khám phá không gian.

Việc sử dụng tài nguyên tại chỗ (ISRU) đã được thử nghiệm bằng một số kỹ thuật sản xuất phụ gia như phản ứng quang phân tử, phản ứng tổng hợp bột, lắng đọng năng lượng có hướng (DED) và mô hình lắng đọng hợp nhất để chế tạo các cấu trúc từ các nguồn nguyên liệu có sẵn trên Sao Hỏa/Mặt Trăng.

Tuy nhiên, phương pháp in 3D dựa trên bột đối mặt với nhiều thách thức do tác động của trọng lực, chẳng hạn như ô nhiễm bột kim loại và khó khăn trong việc kiểm soát việc chảy của bột dưới tác động của tia laser. Do đó, cần phát triển các công nghệ mới để giải quyết các vấn đề này để có thể sản xuất kim loại quy mô lớn.

Nhóm các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Vật liệu Y sinh WM Keck, Trường Kỹ thuật Cơ khí và Vật liệu, Đại học Bang Washington, Pullman, Washington, Hoa Kỳ đã tiến hành một nghiên cứu mới về việc sử dụng regolith để sản xuất gốm và hợp kim titan-nhôm-vanadi. Hợp kim này nổi tiếng với độ bền cao và khả năng chống ăn mòn và nhóm nghiên cứu đặc biệt quan tâm đến việc kết hợp với đất mô phỏng Sao Hỏa để cải thiện chất lượng.

Việc sản xuất gốm 100% từ regolith thực tế không thành công vì chúng có xu hướng nứt khi nguội và không thích hợp cho việc xây dựng. Tuy nhiên, chúng có thể được sử dụng làm lớp phủ bảo vệ chống oxy hóa và giảm bức xạ, điều quan trọng khi không gian của Sao Hỏa không có từ trường và phải đối mặt với tia UV từ Mặt Trời và vũ trụ.

Tuy nhiên, regolith có thể được sử dụng để sản xuất vật liệu chắc chắn hơn. Khi kết hợp 5% regolith với hợp kim titan, nhóm nghiên cứu đã tìm ra rằng vật liệu trở nên nhẹ hơn và cải thiện đáng kể các đặc tính.

Tác giả chính của nghiên cứu, Amit Bandyopadhyay từ Đại học Bang Washington, nói: “Điều này mang lại vật liệu tốt hơn, cứng hơn và độ bền cao hơn, rất phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau'.

Nhóm đã phát triển một hỗn hợp in 3D bằng cách nấu chảy hợp kim ở nhiệt độ cao hơn 2,000 độ C và thêm regolith vào. Sau đó, hỗn hợp này được in lên một bề mặt động để tạo ra các vật thể với kích thước và hình dạng mong muốn.

Phương pháp này vẫn đòi hỏi sự nhập khẩu nhiều vật liệu từ Trái Đất, nhưng đây là một bước đầu tiên. Trong tương lai, có thể tạo ra các vật liệu composite tốt hơn và sử dụng các phương pháp in 3D hiệu quả hơn.

Bandyopadhyay nói thêm: “Điều này chứng minh rằng việc sản xuất bộ phận từ regolith không chỉ giới hạn trong nhựa mà còn có thể áp dụng cho các bộ phận kết hợp kim loại-gốm, mạnh mẽ và phù hợp với nhiều loại cấu trúc”.

Đây không phải là phương pháp duy nhất để sử dụng regolith trên Sao Hỏa. Các nhà nghiên cứu khác đã phát hiện ra cách kết hợp regolith với máu hoặc chất thải để sản xuất gạch chắc chắn.

Tham khảo: NASA; Iflscience; Tạp chí Kỹ thuật Vật liệu Sứ ứng dụng quốc tế