Cerámicas del "Arena" del planeta rojo

Jarrones, anillos y tabletas hechas de tierra marciana simulada en diferentes etapas de cocción. (© TU Berlin/David Karl) / Vases, rings, and tablets made from simulated Martian soil in various stages of firing. (© TU Berlin/David Karl)

Representación artística del planeta Marte. (© NASA) / Una ilustración artística del Marte. (© NASA)

Jarrones de cerámica marciana en diferentes etapas de producción. (© TU Berlin/David Karl) / Vases en diferentes etapas de producción. (© TU Berlin/David Karl)

Los científicos del departamento de Materiales Cerámicos en la TU Berlín, en colaboración con la Agencia Federal de Investigación y Ensayos de Materiales, han fabricado por primera vez componentes complejos a partir de suelo marciano simulado y han demostrado la posibilidad teórica de fabricar recipientes estables como jarrones únicamente con recursos del planeta rojo. Sus resultados fueron publicados en la revista de acceso abierto “PLOS One”. Con su enfoque, los científicos desean contribuir a las investigaciones para la exploración a largo plazo del planeta rojo.

Los objetivos son ambiciosos: en la década de 2030, la agencia espacial estadounidense NASA, junto con sus socios internacionales, planea realizar el primer vuelo tripulado al planeta Marte, un viaje a las profundidades del espacio que será acompañado por investigadores de todo el mundo. Un equipo de la TU Berlín del departamento de Materiales Cerámicos en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Materiales de la Facultad de Ciencias de Procesos también se ocupa de experimentos que enfocan una posible misión al planeta rojo.

Suelo marciano simulado a partir de tierra volcánica permite la fabricación de formas geométricas complejas

Los científicos fabricaron, para su publicación “Hacia la colonización de Marte mediante la utilización de recursos in situ: cerámicas de vertido por escurrido a partir de simulante de suelo marciano”, por primera vez, formas geométricas complejas como anillos y jarrones, utilizando el suelo marciano simulado “JSC-Mars-1A”. El material que imita el regolito marciano (suelo superficial) tiene origen volcánico y proviene del flanco del volcán más alto de Hawái, el Mauna Kea. Los materiales fueron desarrollados por el Centro Espacial Johnson de la NASA y puestos a disposición de la comunidad científica, entre otras, para estudios de utilización de recursos in situ (en inglés, in-situ resource utilization, ISRU). Su composición simula el regolito marciano.

Utilización de recursos locales como base

Marte y la Tierra están separados por entre 56 y 401 millones de kilómetros. Según los conocimientos actuales, un viaje allí duraría hasta ocho meses. “En caso de una estancia en Marte, será importante para los astronautas fabricar productos propios a partir de materiales locales. Esta práctica se llama ‘utilización de recursos in situ’ y constituye la base de nuestros experimentos”, explica David Karl. Él, junto con Franz Kamutzki, es responsable del proyecto de estudio. Ambos son investigadores en el equipo dirigido por el profesor Dr. Aleksander Gurlo.

“Nuestra ‘cerámica marciana’ está hecha de una tierra que químicamente es similar a la de Marte. Para su procesamiento, solo molimos el simulante marciano con agua, lo vertimos en moldes de yeso y lo cocimos”, explica Franz Kamutzki el proceso. “Solo se usaron ‘suelo marciano’, yeso, agua y energía, todos recursos que están disponibles o pueden ser producidos en Marte.”

El proceso: mezclar con agua, moler y cocer

“Al principio sometimos el material a varios preprocesos: lo pretratamos térmicamente, lo pre-molimos, lo tamizamos, añadimos aditivos orgánicos en forma de dispersantes y aglutinantes y, finalmente, descubrimos que la variante más sencilla funciona de manera más estable”, dice David Karl. Los científicos mezclaron el simulante marciano con agua en una proporción de aproximadamente 50 a 50 y lo molieron durante 48 horas. La pasta resultante se vertió en moldes de yeso —por ejemplo, para jarrones—, se desmoldó tras poco tiempo, se dejó secar al aire y se coció a diferentes temperaturas entre 1000 y 1130 grados Celsius. El resultado son componentes cerámicos que, dependiendo de la temperatura de cocción, presentan resistencias a la presión similares o incluso superiores a las del porcelana.

“Nos sorprendieron mucho las buenas propiedades mecánicas de nuestras cerámicas marcianas — teóricamente, son interesantes para todas las aplicaciones en las que hoy en la Tierra se utilizan porcelana y cerámicas de arcilla: desde vajilla hasta componentes técnicos y materiales de construcción”, resume Franz Kamutzki la importancia de los experimentos.

Visiones futuras: impresión 3D remota de componentes con geometrías flexibles

Al preguntar sobre el uso de jarrones en Marte, los científicos explican: “En la fase conceptual de nuestro proyecto, discutimos ampliamente qué herramientas serían esenciales para una colonización humana de Marte. Finalmente, nos decidimos por una geometría para nuestras ‘cerámicas marcianas’ que ha sido producida, utilizada y dejada por todas las culturas a lo largo de la historia de la civilización humana y que aún hoy se emplea en todo el mundo.”

El equipo también destaca que muchas otras formas complejas podrían fabricarse con la ruta de proceso desarrollada. La fundición de pasta con moldes de yeso sería útil para la producción en grandes cantidades con la misma geometría. Actualmente, el equipo trabaja en nuevos procesos en los que el sistema de pasta desarrollado se procesa mediante impresión 3D. Teóricamente, tal proceso controlado a distancia o completamente automatizado permitiría fabricar componentes con geometrías flexibles, incluso antes de que los humanos pisen el planeta rojo.

Publicación científica

Los primeros resultados del proyecto fueron publicados en la revista de acceso abierto “PLOS One”.

“Hacia la colonización de Marte mediante la utilización de recursos in situ: cerámicas de vertido por escurrido a partir de simulante de suelo marciano”. David Karl, Franz Kamutzki, Andrea Zocca, Oliver Goerke, Jens Guenster, Aleksander Gurlo (2018): https://doi.org/10.1371/journal.pone.0204025