Для успешного исследования Марса в рамках будущих пилотируемых миссий первостепенной задачей станет поиск путей снижения массы доставляемых грузов и использования ресурсов, доступных непосредственно на планете.
Профессор инженерных наук из Техасского университета A&M совместно с исследователями из Университета Небраски-Линкольна работает над созданием биоинженерного синтетического лишайника. Эта разработка позволит колонистам производить строительные материалы непосредственно на Марсе.
Доктор Конгруи Грейс Джин, руководитель проекта, финансируемого программой NASA Innovative Advanced Concepts, которая поддерживает разработку перспективных долгосрочных аэрокосмических концепций, и ее коллеги в течение многих лет трудились над созданием живых веществ, способных к самостоятельному формированию строительных материалов. В настоящее время их разработка адаптирована для автономного строительства на Марсе, с использованием местного реголита.
Первые эксперименты по производству строительных материалов непосредственно на поверхности Марса были предприняты с целью снижения зависимости от доставки ресурсов с Земли
Использование технологии Джина может предоставить выход из ситуации с транспортировкой строительных материалов на большие расстояния при ограниченных ресурсах. Предыдущие попытки создания материалов из марсианского грунта были направлены на устранение их дефицита, однако оказались неэффективными из-за игнорирования нехватки рабочей силы в первых экспедициях.
Предлагаемые варианты решений включали использование соединений магния или серы для скрепления частиц реголита, а также концепцию геополимеров. Тем не менее, все эти подходы подразумевали существенные затраты труда, которые были не по силам первым поселенцам.
Были предприняты попытки снизить трудоемкость, применяя микроорганизмы для разработки самовоспроизводящихся технологий. Бактерии и грибы способны объединять частицы, формируя более ценные материалы, такие как кирпичи, однако их выживаемость часто оказывается затруднена. Ранее использовавшиеся методы основывались на одном виде микроорганизмов, нуждающемся в пристальном внимании и питательных веществах, что сводило задачу связывания реголита к поддержанию жизни микробиоты.
Автономная система для Марса
Для уменьшения вовлеченности астронавтов в строительные процессы команда Джин разработала систему, основанную на создании самоподдерживающегося сообщества различных организмов, способного к автономному развитию без необходимости поступления питательных веществ извне.
Гетеротрофные нитчатые грибы демонстрируют значительно более высокую выживаемость по сравнению с бактериями и участвуют в формировании биоминералов, которые фиксируют частицы реголита. Фотоавтотрофные азотфиксирующие цианобактерии дополняют состав синтетического лишайника, поскольку они преобразуют атмосферный CO₂ и азот в кислород и органические соединения, необходимые грибам для питания, а также увеличивают концентрацию карбонат-ионов, которые грибы используют для построения клеточных стенок.
Нитчатые грибы поддерживают замкнутость цикла, обеспечивая цианобактерии водой, минералами и CO₂. Совместными усилиями эти организмы производят биополимеры, которые скрепляют частицы реголита.
Выращивание внеземных стройматериалов
«Возможно создание искусственного сообщества, повторяющего структуру природных лишайников », — объясняет Джин. «Предложенный нами метод позволяет создавать синтетические лишайники, которые формируют биоматериалы, способные скреплять марсианский реголит в прочные структуры. Далее, с использованием технологии 3D-печати, возможно изготовление широкого спектра конструкций, включая здания, дома и мебель ».
Тестирование прошло успешно и продемонстрировало полную автономность процесса, который осуществлялся в среде, состоящей из имитированного реголита, неорганической жидкости, света и воздуха. После подтверждения работоспособности технологии, команда начала испытания материала, полученного методом 3D-печати.
«Эта технология, способная к самовоспроизводству, открывает значительные возможности для перспективного освоения и колонизации других планет », — заключает Джин.