ISSで準備されたコンクリートと地球上で調合されたマッチしたサンプルの期待される違いは?

Spaceflight Nowの記事シヌスCubeSatsのステーションに到着すると、量子物理学実験では、水とのセメントやコンクリートの小さなサンプルを混合して硬化させる実験がISSで行われます。彼らは地球に戻され、地球上で準備された一致したサンプルと比較されます。

なぜ重力を除いて違いがあるのか​​想像するのは難しいですが、そのような(おそらく)小さなサンプルについては、どのように重要かは分かりません。この記事では、これが取り組むことを希望する2つの質問について述べています。

  1. 「地球上でどのように持続可能な形で使うには…」
  2. 「宇宙に存在する原材料をどのように使用し、宇宙にコンクリートのようなセメントバインダーをつくることができますか?」

Question: How is this experiment using
pre-prepared samples from Earth expected to yield any information
that addresses these questions? Are there any expected differences
between the concrete samples prepared on the ISS and the matched
samples prepared on the Earth?

Cygnusが行った別の科学実験では、微小重力下でのセメントの固化について研究されます。

     

ペンシルベニア州立大学のセメント実験の主任研究員であるアレクサンドラ・ラドリンカ(Aleksandra
Radlinska)は、「我々は植民地化の研究に取り組んでいます。
「私たちは月と深い宇宙に行きたいと思っており、人間の使命のために避難所が必要になります。放射線の影響とその影響から機器を保護する必要があります。」

     

コンクリートは、そのような避難所を建設するための「行く」材料となる可能性がある、と彼女は述べた。

  
  ”我々の研究では、セメントが水とどのように反応するか、そしてこのような非常に複雑な微細構造の形成過程がどのように宇宙で起こるかを実際に調べています。”と、Radlinskaは述べています。  
  

コンクリートが多量に使用されているにもかかわらず、セメントと水を混合する際の凝固プロセスは「過去50年間、科学者を魅了してきました。
「そして、過去50年間、現在の技術と計装にもかかわらず、私たちはまだそのプロセスを完全に理解していません。」

     

Radlinskaのチームは、宇宙飛行士が宇宙ステーションに混ぜるためにセメントと水で複数のパウチを送りました。 Penn
Stateの実験に関する大学院の研究者であるJuliana
Nevesによると、サンプルは地面に混じった類似のパウチから得られた結果と比較するために地球に戻ってくるでしょう。

     

この調査は最終的に2つの質問に取り組むことになるとRadlinskaは語った。「いかに地球上でより持続可能な方法でそれを使うことができるのか、そして宇宙に存在する原材料の使用方法と宇宙でコンクリートのようなセメントバインダーを作るには?

関連する「具体的な」質問:

    Mars: Readily usable sulfur for sulfur concrete?What series of
    devices would you need to deliver to the Martian surface to
    manufacture concrete entirely in-situ?How thick would a Marscrete
    structure need to be to provide adequate protection against
    radiation?Are there relevant resources on the Moon for civil
    engineering?Low energy cements for Mars and Callisto. Waterless
    cement for the Moon. Any good candidates?What’s required to
    construct a space port on the Moon or Mars?How would we make
    concrete on the Moon?

ベストアンサー

ISSで準備されたコンクリートサンプルと地球上で調合されたサンプルとの間に予想される違いはありますか?

違いは予期されているが、予見されていない。研究者は何を期待しているのか
“勘違い”しているが、5σを予測した結果と一致するかどうかを検証するためのテーブルはない。これは、理論検証実験(実際の特性と予測と​​の比較)ではなく、発見実験(差異の発見/分析)です。具体的な研究と工学の大部分は、微小重力のような奇妙な結果の結果を予測できるマイクロスケール(化学)モデルではなく、様々なコンクリートサンプルの実験データに関数適合することによって行われます。ここで正確な結果を予測する良いモデルはありません。

これが地球のそれと同じ理由です。サンプルを予測モデル(微小重力を説明する)と比較する代わりに、微小重力に供されない同一試料のセットである対照グループと比較する。それは違いを発見し、数字に
“愚痴”を入れます。

これらの「ハンチング」の1つと、現在の研究は、対流イオン輸送の欠如のためにコンクリートを凝固させる際に形成される結晶が異なることである。パラボリックフライトで10秒間の実験では、次の結果が得られました。

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現時点では、結晶成長におけるどのようなタイプの違いが現れ、どのような具体的な特性が影響を受けるかは不明です。

しかし、他にもさまざまな要因があります。特に、空気の対流、保水、内部拡散などが問題となる場合、結果は地上とは異なる構造的性質を有する可能性がある。
(水分柱から余分な圧力をかけて水分を細孔に押し込むことがないように、微視的なレベルで混合するのに十分な粒子の動きではないかもしれません)。おそらく、重力によって破壊される結晶構造が生成する可能性があります。そうでなければ彼らは表面に逃げるだろう。マイクロスケールでの反応の詳細な詳細は、結果を予測するのには十分には分かっていません。

「地球上でもっと持続可能な方法を使うにはどうすればいいか」

セメントにはさまざまな種類があり、製造プロセスや結合化学が異なりますが、ポルトランドセメントが最も一般的です。他のすべてのセメントは、ポルトランドセメント産業と比較して、ニッチとマージンです。それはまた、非常に汚いとエネルギーを渇望している、
“緑”の正反対です。セメントに焼かれた塵に石灰石を添加した巨大な回転窯。ろ過は時にはより現代的な工場で行われることもありますが、セメントは全面的に安定しており、それは窯を加熱してセメントを作る反応からも莫大な量のCO2の上にあります。

より多くの “緑色の”選択肢があります。例えば、Aleksandra
Radlinskaは、より良いエコロジーフットプリントを有するアルカリ活性化スラグセメントについて研究を行った。微小重力研究はより多くの「グリーン」セメントの開発に直接貢献するものではないが、投資家や学術機関の注目を集め、少なくともポルトランドセメントの市場独占を腐食させる可能性がある
– 特に、これは間違いなく地上生産を増やし、実験的な生息地、「宇宙コンクリート」のマーケティングの仕掛けなどを増やすでしょう。

“宇宙に存在する原材料をどのように使用し、宇宙でコンクリートのようなセメントバインダーを作ることができますか?”

私が言ったように、多くの作品のセメントがたくさんあります。宇宙での現場資源(または宇宙で容易に入手可能であることが既に知られている材料で作られたエンジニアセメント)を使用して、地球上で得られるものと同じ種類のセメントを製造することは完全に可能です。問題は、そのようなセメントがそこで使用されるかどうかわからないことです。セメントの様々なサンプルが準備されているので、その物理的性質を分析しています。結果が得られれば、どのようなセメントやセメントを作るための原材料が宇宙で使えるのか、そしてどのセメントが役に立たないのかを知ることができます。

優れた宇宙セメントを作る地球外の資源を見つけることは、良い宇宙セメントを作るものを見つけるまで、さまざまな地球外の資源をたくさん試すよりはるかに簡単です。しかし、我々はまず、「既知の良い宇宙セメント」のリストを集める必要があり、この実験は「有望な」候補を「有名なもの」に前進させることを可能にする。

どのサンプルも完全に拘束できない可能性はありませんが、特性は異なる可能性があり、それは将来のコンクリートの宇宙利用にとって重要になります。

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