Будущее, в котором люди колонизируют Марс, приближается стремительно. Будущее с автономными биосферами, беспилотными роверами, вертолётами, чьи винты преодолевают скорость звука, и — возможно — глинобитными домами. Да, буквально домами из грязи.
Живой строительный материал напечатали на 3D-принтере в имитированных условиях Марса при −30 °C (−22 °F) и давлении 0,01 атм (слева); снимок под микроскопом показывает пористую структуру материала с выделенными жёлтым полимерами и модифицированными дрожжами (справа). Источник изображения — newatlas.com
Учёные из Гонконгского университета разработали возможный рецепт 3D-печати домов на Марсе из перемолотой марсианской породы, желатина и дрожжей, причём два последних ингредиента доставляются с Земли. По словам исследователей, высохшая и затвердевшая смесь по прочности сопоставима с низкосортным бетоном и когда-нибудь может пойти на возведение многоэтажных зданий на Марсе. Более того, благодаря дрожжам материал живой — его можно перерабатывать и выращивать заново.
Почему вообще глинобитные дома всплывают в разговоре о таком футуристичном проекте, как марсианская колония? Одна из причин — среда Красной планеты. На Марсе крайне холодно, поверхность постоянно бомбардирует радиация, а атмосфера в 100 раз разреженнее земной — и это лишь несколько из многочисленных необычных условий, губительных для земных стройматериалов и технологий строительства.
Например, стандартные пластики, композиты, герметики и смазки земного производства в разрежённой марсианской атмосфере выделяют накопленные газы и летучие соединения и быстро деградируют. Интенсивное солнечное ультрафиолетовое излучение разрушает молекулярные связи в органических полимерах. Перепады температур и термические нагрузки со временем растрескивают конструкционную сталь и выводят из строя стыки и уплотнения. А вода, необходимая для бетона, попросту закипит или замёрзнет — и это ещё если её удастся найти.
Люди, впрочем, научились заставлять земные материалы работать на Марсе за счёт серьёзной доработки и защитных экранов. Доказательство — шесть роверов, отправленных за последние 29 лет. Но между запуском аппарата массой 1025 кг (2260 фунтов) — это самый тяжёлый из роверов — и доставкой материалов, достаточных для постройки полноценного здания, лежит пропасть планетарного масштаба. Отсюда вторая проблема: везти стройматериалы с Земли в космос запредельно дорого и сложно.
Чтобы обойти эти трудности, инженеры и учёные делают ставку на использование ресурсов на месте (In-Situ Resource Utilization, ISRU) — то есть на материалы, уже имеющиеся на планете. Рассматриваются разные подходы, включая марсианский бетон и 3D-печать из реголита. Но некоторые из этих решений требуют много тепловой энергии: скажем, серный бетон из марсианской серы и местного грунта получают, разогревая серу до температуры плавления 115–120 °C (239–248 °F).
Предложенное гонконгскими исследователями решение, описанное в журнале Chem Circularity, нагрева не требует вовсе.
Для изготовления материала смешивают в определённых пропорциях песок из перемолотой марсианской породы и влажный «клей». Клей состоит из желатина и модифицированных дрожжей, покрытых высокоадгезивными белками. Желатин связывает компоненты и служит средой для роста дрожжевых клеток, а песок придаёт массу и структуру. Как только смесь выходит из сопла, марсианская среда подвергает её сублимационной сушке: водяной пар испаряется, оставляя микроскопические поры. Получается лёгкая и пористая структура с хорошей прочностью на сжатие.
Материал испытали в имитированных марсианских условиях, напечатав на 3D-принтере крошечные куполки размером с винную пробку — 45 мм в высоту и 30 мм в ширину. Их прочность на сжатие составила 10–12 МПа, что сопоставимо с низкосортным бетоном.
«Этого уже достаточно, чтобы построить одно- или двухэтажное здание на Земле, где сила тяжести втрое выше марсианской, — говорит Джишэнь Цю (Jishen Qiu), старший автор работы и инженер-строитель из Гонконгского университета науки и технологии. — А значит, на Марсе из этого материала, вероятно, легко возвести и многоэтажку».
Разумеется, между постройками, в которых поместились бы разве что сказочные существа, и полноценными зданиями для людей — немалая дистанция. Тем не менее работа исследователей предлагает ещё один вариант решения проблемы марсианского жилья. Другая команда ранее создала Starcrete — материал прочностью 72 МПа из картофельного крахмала, имитированного марсианского грунта (реголита) и щепотки соли, спрессованных в кирпич. Он тоже поддаётся переработке — свойство, которое разделяет и гонконгский 3D-материал: дрожжи из разобранных конструкций можно снова вырастить в биореакторах.
С другой стороны, команда пока не знает, выживут ли сами живые дрожжи в условиях Марса. К тому же многие ингредиенты финального материала всё равно придётся везти с Земли, а это транспортировка сотен тонн грузов и оборудования в течение нескольких месяцев. Есть надежда, что при стремительном развитии космической гонки это не станет большой проблемой в обозримом будущем: NASA недавно представило экспериментальный ионный двигатель, в 25 раз мощнее нынешних аналогов.
Источник: Cell Press через EurekAlert
