Budowa pierwszych baz na Marsie będzie wymagała nie tylko dostarczenia ludzi na Czerwoną Planetę, ale także stworzenia dla nich miejsc, w których będą mogli przetrwać. Problemem jest energia potrzebna do przetwarzania marsjańskiego regolitu. Naukowcy z Hongkongu proponują zaskakująco nietypowe rozwiązanie: wykorzystanie zmodyfikowanych genetycznie drożdży, żelatyny i marsjańskiego pyłu.
Pomysł brzmi jak scenariusz filmu science fiction, ale za eksperymentem stoją naukowcy z The Hong Kong University of Science and Technology oraz The Hong Kong Polytechnic University. W opublikowanej pracy opisali metodę wykorzystującą biologiczny materiał, który można formować za pomocą drukarki 3D.
Zamiast pieca – drożdże i drukarka 3D
Jednym z największych problemów związanych z budową infrastruktury na Marsie jest energia. Przyszli astronauci będą chcieli wykorzystywać dostępny na miejscu regolit, czyli warstwę luźnego materiału pokrywającego powierzchnię planety. Można z niego produkować materiały budowlane, ale tradycyjne metody często wymagają bardzo wysokich temperatur.
To oznacza konieczność dostarczenia na Marsa dużych ilości energii i odpowiednio ciężkiego sprzętu.
Hongkoński zespół poszedł inną drogą. Naukowcy wykorzystali drożdże zmodyfikowane tak, aby produkowały białka o właściwościach adhezyjnych. Ich zadaniem jest łączenie poszczególnych składników materiału.
Do tego dodano hydrożel żelatynowy, który pełni rolę środowiska dla drożdży, oraz symulowany marsjański regolit. Tak przygotowaną mieszaninę można następnie wyciskać przez dyszę drukarki 3D i tworzyć z niej zaprojektowane wcześniej konstrukcje.
Pomysł Jishena Qiu, głównego autora badań, miał zainspirować proces zachodzący podczas suszenia mrożonych owoców. Materiał początkowo zawiera dużo wody, ale po jej usunięciu pozostaje lekka i bardziej wytrzymała struktura.
Mars ma wykonać część pracy za nas
W tym rozwiązaniu szczególnie interesujące jest to, że badacze chcą wykorzystać warunki panujące na Marsie.
Po wydrukowaniu materiał ma mieć formę przypominającą pianę. W zimnej i bardzo suchej marsjańskiej atmosferze woda stopniowo sublimuje, czyli przechodzi bezpośrednio ze stanu stałego w gazowy.
W efekcie pozostaje lekka i porowata struktura.
Co najważniejsze, według przeprowadzonych eksperymentów nie oznacza to automatycznie materiału słabego. Naukowcy zmierzyli średnią wytrzymałość na ściskanie na poziomie około 12 MPa, a na zginanie około 6 MPa.
To wartości porównywalne z niektórymi klasami betonu o stosunkowo niskiej wytrzymałości stosowanego na Ziemi.
Oczywiście nie oznacza to, że jutro można wysłać na Marsa drukarkę 3D i rozpocząć budowę kolonii. Eksperyment jest dopiero początkiem drogi.
Największą zaletą może być oszczędność energii
To właśnie zapotrzebowanie energetyczne może być najciekawszym elementem całego rozwiązania.
Według badaczy technologia wymaga od 10 do 100 razy mniej energii niż metody polegające na termicznym przetwarzaniu regolitu marsjańskiego lub księżycowego.
Na Ziemi różnica może nie robić wielkiego wrażenia. Na Marsie ma fundamentalne znaczenie.
Każdy kilogram sprzętu, który trzeba wysłać na Czerwoną Planetę, ma ogromną wartość. Jeżeli przyszła baza będzie musiała produkować materiały budowlane, ich wytwarzanie powinno wymagać możliwie mało energii i możliwie prostych urządzeń.
Drukarka 3D, zbiorniki z materiałem biologicznym i dostępny na miejscu regolit mogłyby być znacznie łatwiejszym zestawem do wykorzystania niż przemysłowy piec zdolny do ciągłego przetwarzania ogromnych ilości marsjańskiego gruntu.
Na razie zbudowali konstrukcje wielkości dłoni
Na tym etapie trzeba jednak mocno zejść na ziemię — a właściwie na Marsa.
Badacze nie zbudowali jeszcze marsjańskiego domu. Ich testowe konstrukcje były niewielkie. Miały około 45 mm wysokości, czyli mniej więcej tyle, co mały przedmiot mieszczący się w dłoni.
To bardzo daleko od stworzenia habitatów, w których mogliby zamieszkać ludzie.
Jeszcze większym problemem jest ciśnienie.
Mars ma niezwykle cienką atmosferę. Człowiek potrzebowałby wewnątrz habitatu odpowiedniego ciśnienia i szczelności, aby móc normalnie funkcjonować. Sama wytrzymałość materiału nie wystarczy.
Badacze przyznają, że sprawdzenie zdolności opracowanej przez nich pianki drożdżowo-żelatynowej do utrzymywania odpowiedniego ciśnienia nie było elementem obecnych badań.
Przyszły habitat musiałby również zapewniać izolację termiczną, ochronę przed promieniowaniem i marsjańskim pyłem, odpowiednią wytrzymałość mechaniczną oraz możliwość naprawy.
Marsjański dom raczej nie będzie w całości z drożdży
I właśnie dlatego naukowcy nie przewidują, że przyszli koloniści zamieszkają w konstrukcjach wykonanych wyłącznie z biologicznej pianki.
Znacznie bardziej prawdopodobne są hybrydowe konstrukcje, w których materiał powstały z drożdży, żelatyny i regolitu będzie jednym z elementów większego systemu.
Może on na przykład służyć do tworzenia części konstrukcji, wypełniania przestrzeni albo produkcji elementów zapewniających dodatkową ochronę.
Jedną z ciekawszych cech opracowanego materiału ma być również możliwość jego rozłożenia i ponownego wykorzystania. Problem w tym, że nie wiadomo jeszcze, czy po całym procesie pozostanie wystarczająco dużo żywych komórek drożdży, aby można było skutecznie rozpocząć kolejny cykl produkcyjny.
Na Marsie rozwiązaniem może więc być po prostu zabranie ze sobą zapasu kultur drożdży.
Najpierw trzeba jednak dotrzeć na Marsa
Pomysł hongkońskich naukowców jest interesujący nie dlatego, że nagle rozwiązał problem budowy marsjańskich baz. Do tego jeszcze bardzo daleka droga.
Pokazuje jednak kierunek, który może okazać się niezwykle ważny dla przyszłej eksploracji kosmosu: zamiast przywozić z Ziemi gotowe materiały i ciężkie urządzenia, wykorzystać lokalne zasoby oraz procesy wymagające niewielkiej ilości energii.
Jeżeli kiedyś ludzie rzeczywiście zaczną budować stałe bazy na Marsie, regolit będzie jednym z najważniejszych dostępnych tam surowców. Możliwość przekształcania go w materiały budowlane bez konieczności rozgrzewania go do bardzo wysokich temperatur może więc mieć ogromne znaczenie.
A przy okazji okazuje się, że jednym z przyszłych bohaterów marsjańskiej kolonizacji mogą być organizmy, o których na co dzień myślimy przede wszystkim w kontekście pieczywa, piwa czy fermentacji.
Drożdże być może nie zabiorą ludzi na Marsa. Ale niewykluczone, że pomogą im tam zamieszkać.
Foto: ChatGPT Image/AI.