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Slefty
Artigos

Estruturas em Marte: Materiais

18-11-2020

O interesse cada vez maior que a sociedade tem em explorar outros planetas e de levar a vida humana para fora do planeta terra, leva a que cada vez mais áreas de conhecimento comecem a explorar o que está fora do planeta terra. Marte tem sido o planeta alvo para muitos, não só porque está mais próximo da terra mas também porque tem algumas características que o tornam possível de acolher vida humana, dentro de algumas limitações. Para que isso aconteça é necessário ter espaços criados em Marte que ofereçam condições básicas de vida e esses espaços a ser criados necessitam de estruturas e barreiras de isolamento.

O transporte de materiais da Terra para Marte ainda é algo bastante caro. Transportar materiais estruturais entre a Terra e Marte para criar edifícios é algo contra económico. A sociedade deve de encontrar assim formas de explorar os recursos de Marte para com isso conseguir criar os espaços que irão ter as condições básicas de vida da espécie humana nesse planeta. Uma das formas de conseguir isso, evitando ao máximo mão de obra humana em Marte, é através da impressão 3D.

 

 

A Slefty através de uma pesquisa e desenvolvimento interno, analisou o tema e identificou alguns materiais estruturais possíveis de ser utilizados. Devido á dificuldade que existe em aceder a materiais e informação de Marte, todo o trabalho teve por base maioritariamente outros trabalhos realizados por entidades governamentais.

 

Cimento Marciano

Esta mistura é constituída, em percentagem de peso, por 50 % de rególito e 50 % de enxofre. O processo de obtenção deste composto resulta apenas do aquecimento até 120°C dos componentes, seguido de um arrefecimento até 20°C. É uma mistura de fácil obtenção, reciclável e barata. No entanto existe uma falta grande de informação quanto à sua caracterização mecânica o que nos deixa sem informação relevante para análise. Para além disso esta mistura apresenta o problema de entrar em autoignição se o processo de aquecimento exceder a temperatura limite. (WAIT, Taylor 2018)

 

Créditos: Jacobs School of Engineering/UCSD

 

Compósito de polietileno de alta densidade com areia

Esta mistura é constituída, em percentagem de peso, por 30% de Fibra de Basalto e 70 % de Polietileno de alta densidade. As fibras de basalto podem ser obtidas através do basalto, que é abundante em Marte. O processo de obtenção de hidrogénio na atmosfera de Marte é difícil, no entanto, o polietileno é um termoplástico que pode ser utilizado nas embalagens do lander e, posteriormente, reutilizado como matriz para um compósito. Apesar de uma caracterização mais completa do que a 1ª mistura, não foram encontrados dados relativos ao módulo de elasticidade da mistura à tração. Devido à diferença de pressão entre o habitat e a atmosfera de Marte, o compósito irá ser tracionado. Como a areia não confere resistência à tração, apenas o polietileno, seria necessário obter os valores de caracterização mecânica à tração.

 

Compósito de PLA com fibras de basalto

Esta mistura foi estudada com o objetivo de ser aplicada na indústria da impressão 3D. Através da bibliografia consultada (Czigány 2013) chega-se à conclusão de que as composições de peso de 10 % e 20 % são as que apresentam melhores características mecânicas. Além disso, observa-se que, para fibras mais compridas, o material torna-se mais rígido, mas menos resistente. Dependendo do tipo de ações a que a estrutura estará sujeita, podemos escolher fibras menos ou mais compridas. Como mencionado anteriormente, a fibra de basalto é um material facilmente encontrado em Marte. O termoplástico PLA não está disponível em Marte. No entanto, pode ser utilizado inicialmente como material, nas embalagens do Lander e, após “derretido” como material estrutural. O PLA é um material que pode ser adquirido através da exploração do amido e da cana do açúcar o que permitirá a longo prazo a obtenção deste polímero em Marte.

 

Compósito de ABS com fibras de basalto

A caracterização mecânica obtida no compósito de ABS e fibra de basalto é a mais completa, entre os compósitos estudados. Verifica-se que o compósito tem uma resistência à compressão ligeiramente superior à do betão convencional usado na Terra. Além disso, o compósito tem uma resistência à tração drasticamente superior à do betão, o que lhe concede uma gama maior de aplicações estruturais.

A aplicação do compósito de ABS na tecnologia de impressão 3D já foi testada com sucesso no espaço. (Coughlin 2019)

 

 

Devido à abundância em Marte, aos testes já realizados em gravidade reduzida e à grande caracterização mecânica do material, o compósito de ABS com fibras de basalto é o material escolhido pela equipa da Slefty para continuar com a pesquisa e desenvolvimento de soluções estruturais para este Planeta.

 

Fontes:

COUGHLIN, Natalie, et al. Development and Mechanical Properties of Basalt Fiber-Reinforced Acrylonitrile Butadiene Styrene for In-Space Manufacturing Applications. Journal of Composites Science, 2019, 3.3: 89.

CZIGÁNY, Tibor; KOVÁCS, József Gábor; TÁBI, Tamás. Basalt fiber reinforced poly (lactic acid) composites for engineering applications. 2013.

WAIT, Taylor. Development of Material for 3D Printed Habitats with Extraplanetary Applications. 2018.

WAN, Lin; WENDNER, Roman; CUSATIS, Gianluca. A novel material for in situ construction on Mars: experiments and numerical simulations. Construction and Building Materials, 2016, 120: 222-231.

 

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