Когда речь идет о планах, по поводу будущих полетов в космос, одним из наиболее важных аспектов является использование местных ресурсов и автономных роботов. Этот процесс известен как использование ресурсов на месте исследования (ISRU), что уменьшает количество использованного оборудования и ресурсов, которые должны быть отправлены заранее или доставлены с экипажем миссии. Между тем, автономные роботы могут быть отправлены перед экипажем и подготовить для экипажа все заранее.
Но как насчет бактерий, которые могут извлекать железо из внеземной почвы, которое затем будет использоваться для 3D-печати металлических компонентов? Именно эту идею предлагает кандидат PhD Бенджамин Лехрер из Делфтского технического университета. В пятницу (22 ноября) он защитил кандидатскую диссертацию, в которой говорится о развертывании на Марсе открытой команды, которая преобразует реголит в полезный металл с использованием заполненного бактериями биореактора.
Это предложение было результатом четырехлетнего исследования Лехрера, имеющего большой опыт работы в области нанотехнологии и биологии, которое было проведено с помощью ЕКА и НАСА. Цель этого исследования состояла в том, чтобы найти способы сократить сопутствующие расходы на миссии, создав систему, которая могла бы обеспечить создание среды обитания миссий без необходимости в команде или отправке припасов заранее.
План Лехрера предусматривает наличие капсулы, содержащей три компонента: ровер, биореактор и 3D-принтер. Задача сбора реголита выполняется ровером, который транспортирует его в биореактор, где он обрабатывается бактериями, известными как Shewanella oneidensis. Эта бактерия способна превращать марсианский реголит в магнетит - магнитный оксид железа, который, затем можно извлечь с помощью магнитов.
Затем в 3D-принтере используется технология керамического производства на основе литографии (LCM) для преобразования сырого магнетита в обычные металлические компоненты, используемые для строительства (винты, гайки, железные пластины и т.д.). Этот метод заключается в воздействии на исходное сырье - в данном случае на порошок магнетита - на источник света (лазеры, микроволны и т.д.), который плавится в горячей суспензии, которая затем может быть нанесена слой за слоем для формирования желаемых форм.
Внутри биореактора бактерии питаются микроводорослями, которые зависят от солнечного света и CO2 из марсианской атмосферы для создания питательных веществ и кислорода. Они также производят остаточные органические отходы, которые первые астронавты на Марсе смогут извлечь и использовать в качестве компоста. Кроме того, Лехрер и его команда подсчитали, что реактор объемом 1400 литров может производить до 350 кг магнетита за год.
Со временем капсульный модуль и его роботизированные элементы смогут производить все оборудование, необходимое для создания среды обитания экипажа. Однако Лехрер и его команда ожидают, что несколько капсул, содержащих несколько роверов (оснащенных биореактором и 3D-принтерами), могут быть отправлены на Марс, чтобы собрать все необходимые материалы для создания среды обитания на Марсе. В то же время, как объяснил Лехрер, он и его команда включили вопрос защиты планеты в свой план:
«Через 3,3 года он будет производить больше железа, чем может поместиться в капсуле. Отправив несколько таких беспилотных модулей на Марс, мы сможем произвести большое количество железа за несколько лет. Мы хотим предотвратить загрязнение планеты нашими бактериями, поскольку это может помешать поискам жизни на Марсе ».
Они решили, что решением этой последней проблемы было снабдить капсулу надувной герметичной камерой с одной стороны, которая могла бы безопасно хранить материалы для 3D-печати. Это гарантирует, что компоненты, изготовленные с помощью, родившихся на Земле бактерий, не попадут случайно в марсианскую среду, что предотвратит любое возможное загрязнение.
В общем, процесс Лехрера имеет многочисленные преимущества по сравнению с традиционными методами конструирования и других аддитивных (группа технологических методов производства изделий и прототипов, основанная на поэтапном формировании изделия путём добавлении материала на основу) производств (3D-печати). Для начала, бактерии, которые питают биореактор, способны к размножению, поэтому они могут пополнять свои количества с течением времени. Они также легкие, что не осложняет их транспортировку, а также они способны выдерживать высокие дозы радиации.
Эта концепция хорошо вписывается в предлагаемые миссии в ближайшем будущем, которые будут пытаться создать устойчивое человеческое присутствие на Луне, а затем использовать это присутствие для организации исследовательских миссий в местах далеко за пределами Земли (например, на Марсе). По этой причине ЕКА и НАСА уже указали, что они хотели бы развивать идеи Лехрера дальше. Доктор Эйдан Коули, научный советник ЕКА, сказал:
«ISRU - важная технология, которую мы должны внедрить, чтобы сделать возможным устойчивое исследование. Все подходы должны быть изучены, и в этом контексте работа Бенджамина добавляет ценную информацию о биологических процессах для таких применений. Так что, кто знает, может быть, когда-нибудь этот план станет реальностью ».
Подобная идея в настоящее время исследуется на борту МКС - биореактора, который полагается на водоросли для обеспечения жизнеобеспечения и постоянного снабжения питательными веществами. Когда миссии на Луну и Марс станут обычным явлением, автоматические роботы, оснащенные 3D-принтерами, вероятно, станут обычной функцией. Методы ISRU, которые требуют минимального технического обслуживания и являются устойчивыми, а также значительно улучшат эти задачи.
По информации https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20191124155849
Обозрение "Terra & Comp".
