С момента первых шагов человечества на Луне стремление расширить цивилизацию за пределы Земли стало главной целью международных космических агентств. Долгосрочное проживание человека во внеземной среде — вот к чему они стремятся. Среди небесных тел, доступных для исследования, Марс считается нашим следующим домом.
Марс: от суровых ландшафтов до нового рубежа человечества
Красная планета с её суровыми ландшафтами и поразительным сходством с Землёй манит исследователей и колонистов. Но создание постоянной базы на Марсе остаётся одной из самых смелых мечтаний человечества и сложнейших научных и инженерных задач.
Марс: от густой атмосферы к почти непригодной для жизни среде
Когда-то Марс был окутан плотной атмосферой, но за миллиарды лет она исчезла, оставив после себя практически неузнаваемую для земной жизни среду. Сегодня атмосфера Марса тонкая, как шёпот, и богата углекислым газом, давление составляет менее 1% от земного, а температура колеблется от −90 °C до +26 °C. Добавьте к этому космическое излучение и отсутствие пригодного для дыхания воздуха, и станет ясно: создание укрытия на Марсе — это не просто строительство стен. Это создание жизнеспособного убежища, способного противостоять чужому миру.
Использование местных ресурсов — ключ к устойчивому присутствию человека на Марсе
Транспортировка строительных материалов с Земли слишком дорога и непрактична. Решение? Научиться строить из того, что предлагает сам Марс. Использование местных ресурсов (ISRU) — ключ к созданию устойчивой человеческой базы на Марсе.
Исследование, опубликованное в Frontiers in Microbiology, прокладывает смелый путь, черпая вдохновение из природы
В рамках международных междисциплинарных усилий исследователи объединились, чтобы использовать природное явление — биоминерализацию. Это явление, при котором микроорганизмы (бактерии, грибы и микроводоросли) производят минералы в процессе метаболизма, формировало ландшафты Земли на протяжении миллиардов лет.
Микроорганизмы, которые процветают не только в знакомых водах, но и в экстремальных условиях, таких как кислые озёра, вулканические почвы и глубокие пещеры, могут показать свою универсальность, необходимую для адаптации к Марсу.
Руководствуясь данными марсоходов NASA о составе марсианской почвы (реголита), исследователи изучают различные пути микробной минерализации, чтобы выяснить, какие из них могут создать прочные строительные материалы для марсианских баз, не представляя при этом риска межпланетного загрязнения.
Среди них биоцементация, которая использует микроорганизмы для создания натуральных цементоподобных материалов, таких как карбонат кальция, при комнатной температуре. Она выделяется как наиболее перспективная.
В основе исследования лежит сотрудничество двух замечательных бактерий: Sporosarcina pasteurii, хорошо известной бактерии, которая производит карбонат кальция посредством уреализа, и Chroococcidiopsis, устойчивой цианобактерии, известной своей способностью выживать в экстремальных условиях, включая смоделированные марсианские условия. Вместе они образуют мощное партнёрство.
Chroococcidiopsis наполняет жизнь своим окружением, выделяя кислород, создавая благоприятную микросреду для Sporosarcina pasteurii. Кроме того, внеклеточное полимерное вещество, секретируемое Chroococcidiopsis, защищает Sporosarcina pasteurii от вредного ультрафиолетового излучения на поверхности Марса. В свою очередь, Sporosarcina секретирует натуральные полимеры, которые способствуют росту минералов и укрепляют реголит, превращая рыхлую почву в твёрдый, похожий на бетон материал.
Учёные представляют себе эту бактериальную культуру, смешанную с марсианским реголитом, в качестве сырья для 3D-печати на Марсе. На пересечении астробиологии, геохимии, материаловедения, строительной инженерии и робототехники эта синергетическая система может революционизировать возможности строительства на красной планете, переопределив проектирование для производства на Марсе.
Но это микробное партнёрство предлагает преимущества не только в строительстве. Chroococcidiopsis с её способностью производить кислород может поддерживать не только целостность среды обитания, но и системы жизнеобеспечения астронавтов.
В долгосрочной перспективе аммиак, вырабатываемый в качестве метаболического побочного продукта Sporosarcina pasteurii, может быть использован для разработки замкнутых сельскохозяйственных систем и, возможно, для помощи в терраформировании Марса.
Однако путь только начинается. Хотя международные агентства планируют построить первую человеческую базу на Марсе в 2040-х годах, возвращение образцов с Марса сталкивается с постоянными задержками, ограничивая экспериментальную проверку технологий строительства, специфичных для Марса.
По мере того как космические агентства готовятся к пилотируемым миссиям на Марс в ближайшее десятилетие, учёные должны углубить понимание биогенного внеземного строительства, чтобы быть готовыми ко дню, который настанет.
С точки зрения астробиологии учёные должны разгадать, как эти микробные сообщества взаимодействуют с марсианским реголитом и выживают в условиях стресса со стороны враждебной среды планеты. Лабораторные имитаторы реголита предлагают прагматичный подход к тестированию микробных сообществ в условиях, которые отражают марсианские, и к построению прогностических моделей для оценки эффективности биоцементации.
В области робототехники одной из основных задач является воспроизведение марсианской гравитации на Земле для тестирования процессов 3D-печати и оптимизации автономного управления строительством для будущих марсианских миссий. Поэтому необходимо разработать надёжные алгоритмы управления и адаптированные протоколы, чтобы не только строить более эффективно, но и переосмыслить методы производства для уникальной среды Марса.
Путешествие сложное, но шаг за шагом, каждое открытие, каждое успешное испытание и проверенный протокол приближают нас ко дню, когда человечество назовёт Марс своим домом.