Предложенная учеными концепция предполагает использование местного грунта для строительства жилых домов на Марсе. В реализации этой технологии важную роль должны сыграть микроорганизмы, способные вырабатывать биоцемент.
Завоевание Марса является одним из ключевых направлений развития человеческой деятельности в Солнечной системе. Однако стремление к созданию внеземных поселений связано с трудностями в организации доставки грузов. Применение стандартных технологий, таких как изготовление обычного цемента или высокотемпературная обработка грунта, сопряжено с существенными затратами энергии и необходимостью использования сложного оборудования, которое еще предстоит транспортировать на другую планету.
Для решения этой задачи предлагается максимально задействовать местные ресурсы. Марсианский реголит по своему химическому составу в некоторой степени напоминает земные строительные материалы, однако в нем содержится недостаточное количество оксида кальция, являющегося важным компонентом.
Предлагаемый метод позволяет преодолеть это ограничение посредством биоцементации, также известной как микробиологически индуцированное осаждение карбоната кальция. Данный процесс является естественным: при подходящих условиях бактерии скрепляют частицы почвы, создавая прочный материал, аналогичный песчанику. Обладая достаточной прочностью и устойчивостью к суровым условиям марсианской среды, он может быть использован для строительства. Результаты исследования опубликованы в авторитетном научном журнале Frontiers in Microbiology.
Согласно результатам анализа химического состава марсианского грунта, полученным с помощью автоматических станций, для биоцементации наиболее подходящим элементом является кальций. Его концентрация на Марсе ниже, чем на Земле, однако её можно компенсировать, организовав извлечение из местных базальтов.
В ходе исследования авторы определили два наиболее многообещающих биологических механизма. Одним из них является уреолиз, осуществляемый бактерией Sporosarcina pasteurii, которая расщепляет мочевину, получаемую из отходов членов экипажа. Другим – фотосинтез цианобактерии Chroococcidiopsis, использующей для своей жизнедеятельности углекислый газ из атмосферы₂.
Специалисты предлагают совмещать эти микроорганизмы. Благодаря устойчивости к радиации и засухе, Chroococcidiopsis сможет сформировать защищенную микросреду и обеспечить производство кислорода, что позволит более эффективно использовать Sporosarcina pasteurii, которая обладает меньшей устойчивостью.
Предлагается полностью автоматизировать строительные работы. Роботизированные комплексы, оснащенные многоосевыми манипуляторами и специализированными экструдерами, смогут смешивать реголит, бактериальные культуры и питательные растворы, создавая послойную печать сложных конструкций, таких как купола или стены, непосредственно на поверхности Марса. Данная технология способна не только решить задачи строительства, но и интегрироваться в систему жизнеобеспечения. Образующиеся в процессе побочные продукты – кислород, полученный в результате фотосинтеза, и аммиак, выделяемый при уреолизе – можно будет использовать для обеспечения дыхания и в качестве удобрения для марсианских теплиц.
Использование данного метода выгодно для условий Марса, поскольку умеренный температурный режим способствует протеканию реакций, марсианский грунт обладает необходимыми свойствами, а в роли исходных веществ будут задействованы местные минералы и отходы жизнедеятельности человека.
Несмотря на достигнутые успехи, остаются важные вопросы, требующие решения. Пока не установлено, каким образом микроорганизмы будут функционировать в условиях марсианской гравитации и радиации, и насколько надежными и результативными окажутся биореакторы в течение длительного периода времени. Поиск ответов на эти вопросы станет приоритетной задачей для дальнейших исследований.