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火星の岩石とチタンで、建物に使える複合素材を作る技術を開発。3Dプリンターでも使用可能

カラパイア


 さあ、宇宙時代が到来だ。宇宙に基地を作るための物資を送るにはコストが非常に高いため、できるかぎり現地調達できるのが望ましい。

 米ワシントン州立大学の研究グループは、砕いた火星のレゴリス(固体の岩石の表面をおおう軟らかい堆積層)とチタン合金を混ぜることで、建物に使える複合素材を作る方法を考案した。

 複合素材はもとのチタン合金の2倍の硬度があり、3Dプリンターでも利用できるとのことだ。

宇宙では現地調達が望ましい

 月や火星に有人飛行し、長期間滞在する計画が進められている。となるとそこに必要なのは基地や設備だ。

 だが地球から物資を送るのはとてもお金がかかる。できることなら、そこにある資源をうまく活用して、現地調達したいところだ。

 そこで月や火星の岩石の表面をおおう軟らかい堆積層の土「レゴリス」で、住居や部品などを作る方法が研究されている。

 たとえば、高出力レーザー(あるいは太陽光)などで土を溶かし、3Dプリンターで成形すれば、建設用のブロックが作れるかもしれない。

 今回の研究もそうした研究で、火星の塵とチタン合金を混ぜて、有用なものが作れないか試された。チタン合金は、丈夫で軽く、熱にも強いため、宇宙開発ではよく使われる素材だ。

The potential of 3D printing on Mars

チタン合金の2倍の硬度を実現することに成功

 本物の火星のレゴリスは手に入らないので、実際に試されたのは、人工的に作られた「模擬レゴリス」だ。

 これにチタン合金を混ぜ、高出力レーザーで2000度まで加熱。溶けたものをさまざまな形に成形し、冷却してセラミックのような部品を作り出した。

 強度や耐久性のテストをしたところ、配合比によって素材の性能が違うことがわかったという。

 最適だったのはレゴリスを5%のみ混ぜた場合だ。この配合比だと、ひび割れや気泡ができることもなく、硬さがチタン合金の2倍にアップした。

 一方、レゴリス100%にしてしまうと、冷えるときに割れてしまう上に、耐久性にも難があり、建築用の材料としては役に立たない。それでも放射線を防ぐコーティングとしては使えそうであるとのことだ。

火星の土を模した材料とチタン合金から作られた部品や道具 / image credit:Washington State University

 まだまだ改良の余地はあるが、概念実証としては有望な結果だったとのこと。もっと改善すれば、さまざまな素材や技法を試せるだろうという。
実際にできるアイデアで、この方向性で考えるべきだろうことが確認されました。

プラスチックでは弱すぎますが、金属・セラミック複合素材で作られた部品なら丈夫で、さまざまな建材として利用できます(Amit Bandyopadhyay氏)
 この研究は『International Journal of Applied Ceramic Technology』(2022年7月24日付)に掲載された。

References:Astronauts could 3D print tools and parts from titanium and Mars dust / written by hiroching / edited by / parumo

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