火星是太阳系中与地球最为相似的行星，也是未来唯一有可能实现大规模移居的星球。曾有这样一则报告预计2030年左右，人类将首次登陆火星。未来100年，在火星上的人口规模有可能达到一百万人，从而使人类实现在地球之外的跨星球生存。实际上科学家们也从未停止对火星上的建筑才叫的研究。

星际混凝土的问世让火星居住变得更加现实

近日一种名为“星际混凝土（StarCrete）”的新型材料于曼彻斯特大学问世

用途广泛，甚至可以在火星上建造房屋。对于人类而言，这项科研成果的意义十分重大。目前为止，人类尚且不能在太空中建设基础设施，成本过高以及材料的选用问题困扰了科研团队许久。然而，“星际混凝土”则提供了一种新的解决方案。由于其材料主要是外太空尘埃、马铃薯淀粉以及盐类，强度也是普通混凝土的两倍，所以该材料适合在外太空的恶劣环境中进行建筑工作。

普通马铃薯淀粉在与模拟火星尘埃混合时可以作为粘合剂，产生一种类似混凝土的材料。在测试时，“星际混凝土”的抗压强度为 72 兆帕（MPa），是普通混凝土中的 32 兆帕的两倍以上。由月尘制成的星形混凝土甚至更强，超过 91 兆帕。25 公斤的脱水马铃薯含有足够多的淀粉，可以制造出近半吨“星际混凝土”，相当于 213 块砖头的材料量。作为参考，建造一个三居室房子需要大约 7500 块砖头。此外，他们还发现了一种常见盐——氯化镁。这可以显著提高“星际混凝土”的强度。氯化镁可以从火星表面或者宇航员眼泪中获取。

现在，这支科研团队正在将“星际混凝土”挪至应用场景中。若是在地球上使用，“星际混凝土”可以提供更为环保的材料。水泥和混凝土的制造过程需要极高的烧制温度和能量，但“星际混凝土”却可以在普通的烤箱中或微波炉里制作，能源成本将大大减少。“星际混凝土”的成功研发，已经为相同的研究项目提供了良好的实验案例。这让人不由得期待，之后是‬否还会有更多类似的材料出现。

科学家们对火星建材的研究之旅

1、2017年美科学家证实火星土可制砖头 强度超钢筋混凝土

具体的制砖过程可分为两个步骤，第一步是将土壤放置在弹性容器中，比如橡胶管，第二步是进行强力压缩，比如用一个5公斤重的锤子从1米高处落下就能压缩好一块扁平的圆形土壤样品。

来自圣地亚哥分校，担任该项目首席研究员的结构工程师在采访中表示，这与在地球上制作建筑材料显著不同。通常情况下，土壤颗粒必须与一些特殊类型的黏合剂混搭，才能保持刚性。黏合剂的作用有点像胶水，能把材料固定在一起。在火星土壤模拟物中，恰好有一种特殊的化学成分，如同天然黏合剂一样，使实验土壤被压实后，具备强度。

他还表示，火星土壤模拟物的性质与真正的火星土壤还是有本质上的差异，但如果新的制砖技术被证明可能适用于火星土壤，这对任何一位梦想移民火星的人来说都是好消息。未来，人们在火星上的生活将需要大量设备，单纯依靠地球发射运输的话，不仅流程复杂而且代价昂贵。生活离地球越远的人，就应当越少依赖运输材料，否则无法开拓生存空间。

过去，NASA一直在计划重返月球，于是工程师们也一直在寻找如何将月球土壤模拟物变成建筑材料的方法。然而与火星土壤不同，月球土壤需要黏合剂才能粘在一起。需要的黏合剂越多，从地球运来的货物越多，因此研究团队一直在寻找尽可能少用黏合剂的方法。过去建筑材料大约需要15%的黏合剂，现在通过先进的压缩技术，只需3%的黏合剂含量就能制造出强大的月球砖材料。

2010年后，NASA将研究焦点转移到火星，发现同样的压缩模式对火星土壤模拟物也非常有效。起初，研究者发现只要6%的黏合剂就能使之成砖，之后为测试土壤成砖的临界值，又持续减少黏合剂用量，结果发现火星土壤本身就能粘在一起。土壤中的氧化铁被压碎时，很容易就断裂，形成干净平坦的表面。当表面被紧实压密时，可以形成高强度抗压界面。

火星土壤一旦能用来制砖，就可以修建火星上的飞行器着陆处。但研究者也指出，制砖并不是一个完整的解决方案，毕竟还未能在火星上建成任何房屋。研究组只是制作了微型砖，更大体积的火星砖也许功能并不好，黏合性能持续多久也尚不清楚。此外，土壤砖中的颗粒物会逐渐散布到空气中，一旦颗粒物过大，就会导致健康问题，其中含有的高氯酸盐成分也对人体甲状腺有毒性作用。因此，压制火星土壤砖还需要更多研究支持，以了解使用风险。

2、尝试火星上的材料制成的硫磺混凝土来建造这些基地

2020年为了将宇航员安全地送上火星并为他们建造居住的基地，美国 宇航局（NASA）举办了3D打印火星栖息地设计竞赛。日前这项大赛的其中一个参赛团队——西北大学麦考密克工程和应用科学学院副教授 Gianluca Cusatis 为首的研究团队想出了一个假设性方案， 他们正尝试用火星上的材料制成的硫磺混凝土来建造这些基地。

为了将宇航员安全地送上火星并为他们建造居住的基地， 美国 宇航局（NASA）举办了3D打印火星栖息地设计竞赛。日前这项大赛的其中一个参赛团队——西北大学麦考密克工程和应用科学学院副教授 Gianluca Cusatis 为首的研究团队想出了一个假设性方案， 他们正尝试用火星上的材料制成的硫磺混凝土来建造这些基地。

Cusatis表示：“普通的硫磺混凝土中加入了细骨料，而我们的火星硫磺混凝土中的硫磺将与火星土壤中的矿物质发生反应。”研究人员也正在尝试提高这种硫磺混凝土的防火性能，以确保其在火星上能够安全使用。

硫磺混凝土是热塑性材料，施工方法与普通混凝土截然不同。硫磺是硫磺混凝土的胶结材料，熔点为112.8℃，主要采用加热浇筑成型工艺。另外由于硫磺价格高，因此目前未能得到推广应用。

3、2021年就有研究人员指出，既然无法从地球向火星运输建筑材料，那么人类不妨就地取材，直接在火星表面生产类混凝土材料。

将一块砖运送到火星需要花费100多万英镑，这让未来的火星居住地建设成本高得令人望而却步。当地时间9月13日，英国曼彻斯特大学的科学家们在《今日材料-生物学》杂志中发文称，他们设计了一种可降低火星移民成本的方案——将太空尘埃、宇航员的血、汗和眼泪结合制造材料。这种类似混凝土的材料非常适用于外星环境中的建筑施工。

提到火星任务，人们关注的往往都是火星上松散的岩石和火星土壤，其实，宇航员自己也是一种被忽视的资源。研究人员证实，人类血清白蛋白可作为模拟月球或火星尘埃的黏合剂，制造出新型类混凝土材料AstroCrete。AstroCrete的抗压强度高达25MPa，与普通混凝土的抗压强度（20~32MPa）大致相当。研究人员对潜在的键合机制进行了研究，证实血液蛋白变性后，与模拟土壤形成了一种相互作用的“β片”扩展结构，它使整个材料紧密结合在一起。

随后，研究人员又发现，在AstroCrete中混入尿素后，最高可将抗压强度提升至40MPa左右，远超普通混凝土。尿素是人类通过尿液、汗液和眼泪排泄的生物废物。

曼彻斯特大学研究人员Aled Roberts博士表示，与其他月球/火星建筑技术相比，新技术具有明显的优势。他说：“科学家们一直在努力开发可行技术，以便在火星地表生产类混凝土材料。最终我们发现，答案就存在于人体内。”根据计算结果，六名宇航员在火星表面执行为期两年的任务期间，可以生产500多公斤高强度AstroCrete。经过合理规划，每次连续任务都能将可用火星住房数量增加一倍。

文章来源： IT之家，材料科学与工程，四川在线，科技工作者之家，郑永春