|
Марсианская пыль - универсальный строительный материал
|
|
|
|
С момента первых шагов человечества на Луне стремление распространить человеческую цивилизацию за пределы Земли было главной целью международных космических агентств, нацеленных на долгосрочное заселение внеземелья. Среди небесных тел, находящихся в пределах досягаемости, Марс считается нашим следующим домом.
|
|
|
|
Красная планета с ее суровыми ландшафтами и дразнящим сходством с Землей манит к себе как рубеж освоения и заселения человеком. Но создание постоянного плацдарма на Марсе остается одной из самых смелых мечтаний человечества и самой сложной научной и инженерной задачей.
|
|
|
|
Красная планета, некогда окутанная плотной атмосферой, за миллиарды лет претерпела разительные изменения. Ее защитный покров исчез, оставив после себя среду, почти неузнаваемую для земной жизни.
|
|
|
|
Сегодня его воздух разрежен и богат углекислым газом, давление составляет менее 1% от земного, а температура сильно колеблется от -90°C до 26°C. Добавьте к этому постоянную космическую радиацию и отсутствие пригодного для дыхания воздуха, и станет ясно: создание убежища на Марсе - это нечто гораздо большее, чем возведение стен. Речь идет о создании жизнеобеспечивающего убежища, которое будет надежно защищено от чужеродного мира.
|
|
|
|
Транспортировка строительных материалов с Земли является непомерно дорогостоящей и непрактичной. Решение? Научиться строить, используя то, что предлагает сам Марс. Использование ресурсов на месте (ISRU), использование местных материалов, является ключом к обеспечению устойчивого присутствия человека на Марсе.
|
|
|
|
|
|
|
Поскольку образцы, собранные марсоходом НАСА "Персеверанс" из кратера Джезеро, древнего марсианского речного русла, могут содержать следы первобытной жизни, это заставляет нас задуматься о том, что еще предстоит открыть. Могут ли те же микробиологические отпечатки, которые когда-то процветали на Марсе, помочь нам развивать его?
|
|
С Земли на Марс
|
|
|
|
Давным-давно жизнь на Земле зародилась с простых микроорганизмов, обитавших в неглубоких водоемах и морях. Эти молчаливые инженеры преобразили Землю, наполнив небеса кислородом и создав устойчивые коралловые рифы, которые сохранились по сей день. Теперь, когда взоры человечества устремлены ввысь, у этих крошечных создателей, возможно, есть ключ к превращению бесплодного мира в оживленный дом.
|
|
|
|
Исследование, опубликованное в журнале Frontiers in Microbiology, открывает смелый путь, вдохновляясь матерью-природой. В рамках международных междисциплинарных усилий исследователи объединились, чтобы использовать чудо природы - биоминерализацию.
|
|
|
|
Это явление, которое проявляется, когда микроорганизмы (бактерии, грибы и микроводоросли) производят минералы в процессе своего метаболизма, формировало ландшафты Земли на протяжении миллиардов лет. Эти микроорганизмы, которые процветают не только в привычных водах, но и в экстремальных условиях, таких как кислые озера, вулканические почвы и глубокие пещеры, могут продемонстрировать универсальность, необходимую для адаптации к Марсу.
|
|
|
|
Основываясь на данных марсоходов о составе марсианского грунта (реголита), исследователи изучают многочисленные пути минерализации микроорганизмов, чтобы обнаружить, какие из них могут создавать прочные строительные материалы для местообитаний на Марсе, не создавая риска межпланетного загрязнения.
|
|
|
|
Среди них наиболее перспективным является биоцементация, при которой микроорганизмы используются для получения природных цементообразных материалов, таких как карбонат кальция, при комнатной температуре.
|
|
|
|
В основе исследования лежит совместная работа двух замечательных бактерий: Sporosarcina pasteurii, хорошо известной бактерии, продуцирующей карбонат кальция путем уреолиза, и Chroococcidiopsis, устойчивой цианобактерии, известной тем, что она выживает в экстремальных условиях, включая имитацию марсианских. Вместе они образуют мощное партнерство.
|
|
|
|
Chroococcidiopsis вдыхает жизнь в окружающую среду, выделяя кислород, создавая благоприятную микросреду для Sporosarcina pasteurii. Более того, внеклеточное полимерное вещество, выделяемое Chroococcidiopsis, защищает Sporosarcina pasteurii от вредного ультрафиолетового излучения на поверхности Марса. В свою очередь, Sporosarcina выделяет природные полимеры, которые стимулируют рост минералов и укрепляют реголит, превращая рыхлую почву в твердый, похожий на бетон материал.
|
|
|
|
Ученые предполагают, что эта бактериальная культура, смешанная с марсианским реголитом, послужит сырьем для 3D-печати на Марсе. Созданная на стыке астробиологии, геохимии, материаловедения, строительной инженерии и робототехники, эта синергетическая система может революционизировать потенциал строительства на красной планете, переосмыслив концепцию проектирования для производства на Марсе.
|
|
|
|
Но это микробиологическое партнерство дает преимущества не только в строительстве. Chroococcidiopsis, обладающий способностью вырабатывать кислород, мог бы поддерживать не только целостность среды обитания, но и системы жизнеобеспечения астронавтов.
|
|
|
|
В долгосрочной перспективе аммиак, образующийся в качестве побочного продукта метаболизма Sporosarcina pasteurii, может быть использован для разработки сельскохозяйственных систем замкнутого цикла и, возможно, поможет в терраформировании Марса.
|
|
Шаг за шагом
|
|
|
|
Но этот путь только начинается. Хотя международные агентства планируют построить первое место обитания человека на Марсе в 2040-х годах, возвращение образцов с Марса периодически откладывается, что затрудняет экспериментальную проверку строительных технологий, характерных для Марса.
|
|
|
|
Поскольку космические агентства готовятся к полетам на Марс с экипажами в ближайшее десятилетие, ученые должны углубить понимание внеземных конструкций биологического происхождения, чтобы быть готовыми к грядущему дню.
|
|
|
|
С точки зрения астробиологии, ученые должны выяснить, как эти микробные сообщества взаимодействуют с марсианским реголитом и выживают при стрессовых воздействиях враждебной окружающей среды планеты. Лабораторные имитаторы реголита предлагают прагматичный подход к тестированию сокультур в условиях, аналогичных марсианским, и к построению прогнозирующих моделей эффективности биоцементации.
|
|
|
|
Что касается робототехники, то одной из основных задач является воспроизведение марсианской гравитации на Земле для тестирования процессов 3D-печати и оптимизации автономного управления строительством для будущих миссий на Марс.
|
|
|
|
Поэтому необходимо разработать надежные алгоритмы управления и индивидуальные протоколы, которые позволят нам не только более эффективно строить, но и переосмыслить методы производства с учетом уникальных условий Марса.
|
|
|
|
Путешествие предстоит нелегкое, но шаг за шагом каждое открытие, каждое успешное испытание и апробированный протокол приближают нас к тому дню, когда человечество назовет Марс своим домом.
|
|
|
|
Источник
|
