Hé lộ vật liệu bất ngờ có thể giúp xây dựng hạ tầng đầu tiên trên sao Hỏa

Các nhà khoa học đang tìm cách biến đất sao Hỏa thành kim loại hữu dụng. Bước đột phá này có thể giúp xây dựng khu định cư trên sao Hỏa mà không cần mang theo mọi thứ từ Trái Đất. Nguồn: Shutterstock.

Bài toán nan giải của căn cứ vũ trụ

Ý tưởng định cư trên sao Hỏa từ lâu đã trở thành niềm cảm hứng của các tỷ phú, các cơ quan vũ trụ chính phủ cũng như cộng đồng yêu thích khám phá không gian. Tuy nhiên, việc xây dựng trên sao Hỏa cần lượng vật liệu khổng lồ, trong khi chi phí vận chuyển từ Trái Đất là quá đắt đỏ.

Đơn cử, việc đưa tàu thám hiểm Perseverance nặng 1 tấn của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ (NASA) lên sao Hỏa đã tiêu tốn khoảng 243 triệu USD. Vì vậy, các nhà khoa học khẳng định không thể mang hàng nghìn tấn vật liệu từ Trái Đất lên sao Hỏa để xây dựng khu định cư cho con người.

Tiến sĩ Deddy Nababan, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại CSIRO và là cựu sinh viên Swinburne, nhận định: "Việc đưa kim loại từ Trái Đất lên sao Hỏa có thể khả thi, nhưng lại không kinh tế. Bạn có tưởng tượng được việc mang hàng tấn kim loại lên sao Hỏa không? Điều đó hoàn toàn không khả thi".

Theo ông, giải pháp hợp lý nhất chính là tận dụng nguồn tài nguyên có sẵn trên hành tinh đỏ - phương pháp được gọi là khai thác và sử dụng tài nguyên tại chỗ (ISRU).

Các nhà nghiên cứu của Swinburne và CSIRO đã chế tạo thành công sắt trong điều kiện giống sao Hỏa, mở ra cánh cửa cho việc sản xuất kim loại ngoài hành tinh. Nguồn: Đại học Công nghệ Swinburne

Xưởng đúc kim loại ngoài hành tinh

Các nhà nghiên cứu phát hiện sao Hỏa có đầy đủ thành phần để sản xuất kim loại bản địa, bao gồm oxit giàu sắt trong đất đá và khí carbon dioxide trong khí quyển, vốn có thể làm chất khử.

Giáo sư Akbar Rhamdhani, chuyên gia luyện kim thiên văn tại Đại học Swinburne, cho biết nhóm đã sử dụng vật liệu mô phỏng lớp đất regolith ở miệng núi Gale (sao Hỏa) và xử lý trong điều kiện mô phỏng áp suất bề mặt hành tinh đỏ. Khi được nung nóng, chất mô phỏng tạo ra sắt nguyên chất ở khoảng 1000°C và hợp kim sắt - silic lỏng ở khoảng 1400°C.

"Ở nhiệt độ đủ cao, tất cả kim loại kết tụ thành một giọt lớn. Sau đó, giọt này có thể được tách ra khỏi xỉ lỏng theo cách tương tự như trên Trái Đất", Giáo sư Rhamdhani cho biết.

Cùng với Tiến sĩ Nababan, Giáo sư Rhamdhaniđang hợp tác với Tiến sĩ Mark Pownceby (CSIRO) để hướng tới mục tiêu sản xuất kim loại không chất thải, tái sử dụng phụ phẩm cho các ứng dụng khác.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng chất mô phỏng regolith mô phỏng các vật liệu được tìm thấy tại Gale Crater trên sao Hỏa. Nguồn: Đại học Công nghệ Swinburne

Từ thí nghiệm MOXIE đến bước nhảy mới

Trong các sứ mệnh vũ trụ, ISRU ngày càng đóng vai trò quan trọng bởi mỗi kilôgam vật liệu được phóng đi đều làm tăng chi phí. NASA từng thử nghiệm thành công công nghệ MOXIE trên xe tự hành Perseverance, tạo ra oxy thở được từ khí carbon dioxide trên sao Hỏa.

Sản xuất kim loại được xem là bước tiến tiếp theo. Hợp kim tạo ra từ regolith có thể dùng làm vỏ bảo vệ nơi ở, cơ sở nghiên cứu hoặc chế tạo máy móc phục vụ khai thác.

"Chắc chắn có những thách thức. Chúng ta cần hiểu rõ hơn về độ bền của hợp kim theo thời gian và khả năng tái tạo quá trình này trên bề mặt sao Hỏa", Giáo sư Rhamdhani chia sẻ.

Vật liệu mô phỏng regolith được đặt trong lò nung tái tạo điều kiện trên sao Hỏa và được nung nóng, tạo ra sắt. Nguồn: Đại học Công nghệ Swinburne

Sự quan tâm ngày càng lớn

Nhóm nghiên cứu Swinburne và CSIRO gần đây đã tổ chức hội thảo 4 ngày về luyện kim thiên văn tại Hàn Quốc, thu hút sự chú ý lớn từ cộng đồng khoa học quốc tế.

"Chúng tôi bắt đầu thấy sự quan tâm ngày càng tăng đối với lĩnh vực này trên toàn cầu khi thế giới ngày càng nghiêm túc với việc thám hiểm sao Hỏa. Để thành công, chúng ta sẽ cần sự hợp tác của nhiều chuyên ngành như khai khoáng, kỹ thuật, địa chất và hơn thế nữa", ông Rhamdhani nói.

Với Tiến sĩ Nababan, mục tiêu nghiên cứu không chỉ nhằm phục vụ khai phá không gian mà còn giúp phát triển hiệu quả ngành luyện kim trên Trái Đất: "Bằng cách làm điều này, tôi mong muốn có thể giúp phát triển hoạt động thám hiểm không gian và cuối cùng sẽ mang lại điều tốt đẹp cho cuộc sống của con người trên Trái Đất".

La Khê (Theo SciTechDaily)