Марсианские поселенцы могут жить в домах, построенных из дрожжей и желатина

Фото из открытых источников

Когда люди начнут строить жилища на Марсе, эти сооружения могут частично состоять из желатина и дрожжей. Группа инженеров разработала рецепт бетона, в котором дрожжи и желатин связывают песок в легкий пористый материал. Теоретически, это должно работать и с марсианским материалом, или реголитом. В лаборатории инженер-эколог из Гонконгского университета науки и технологий Нин Лю и его коллеги уже построили миниатюрные версии будущих марсианских жилищ, используя это вещество. Статья с результатами исследования была опубликована в журнале Chem Circularity.

Более того, исследователи утверждают, что этот бетон на биологической основе может быть проще в использовании на Марсе, чем некоторые другие предложенные варианты. Тем не менее, до того, как мы будем готовы построить марсианскую базу из дрожжей, еще долгий путь и множество технологических препятствий.

Как и в обычном бетоне, в версии Лю и его коллег в качестве заполнителя используется песок или щебень: твердое вещество, которое скрепляется материалом, называемым связующим (обычно это что-то вроде портландцемента, порошок из нагретого известняка и глины, смешанный с небольшим количеством гипса). Вода превращает связующее в гелеобразный клей, и по мере высыхания вся смесь связующего и заполнителя затвердевает, превращаясь в нечто твердое и достаточно прочное. Но вместо старого доброго портландцемента Лю и его коллеги используют смесь свиного желатина (того же вещества, из которого делают желе) и генетически модифицированных дрожжей.

Исследователи поменяли местами несколько ключевых генов в своем особом штамме дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Один ген заставляет клетки крепче сцепляться друг с другом, а другой производит так называемые «белки ножки мидии», или клейкие вещества, которые помогают мидиям прикрепляться к камням.

В лаборатории Лю и его коллеги напечатали на 3D-принтере свое бетонное изобретение в холодных условиях низкого давления, имитирующих поверхность Марса; они также попробовали вариант, в котором материал на основе дрожжей заливали в форму — классический способ работы с желатином.

По мере застывания дрожжевой смеси — примерно в течение 48 часов при -55 градусов по Цельсию, и давлении воздуха 0,000 атмосфер, — содержащаяся в ней вода замерзает, а затем сублимируется. В результате образуется легкий и пористый, но удивительно прочный каркас из желатина, измельченного реголита и дрожжевых белков. Эти белки действуют как очень прочные якоря между желатиновым связующим и каменистым агрегатом, создавая связь, которая прочнее, чем основной материал, пишут Лю и его коллеги в своей недавней статье.

Насколько прочен этот материал? Что ж, купола 4,5 сантиметра в высоту, 3 сантиметра в ширину, построенные Лю и его коллегами, обладают прочностью на сжатие около 12 мегапаскалей, что примерно соответствует прочности низкосортного бетона. Он также может выдерживать изгибающие усилия до 6 мегапаскалей.

«Этот материал достаточно прочен, чтобы построить одно- или двухэтажное здание на Земле, где гравитация в три раза сильнее, чем на Марсе. Поэтому, вероятно, из него можно легко построить многоэтажное здание на Марсе», — заявил ведущий автор исследования Цзишен Цю из Гонконгского университета. «Мы уверены в возможности его масштабирования».

Однако для марсианских жилых модулей потребуется нечто большее, чем просто стены для исследований; они также должны защищать астронавтов от радиации, сохранять внутри пригодный для дыхания воздух и поддерживать давление воздуха, противодействуя почти вакууму снаружи. Бетонный купол, каким бы прочным он ни был, сам по себе не сможет справиться со всем этим.

Бетон на основе дрожжей и желатина «лучше рассматривать как пригодный для печати и вторичной переработки на месте конструктивный элемент», как выразились Лю и его коллеги, «а не как самостоятельную герметичную, удерживающую давление или защищающую от радиации оболочку жилого модуля». Реальный купол для марсианской жилой станции, вероятно, должен иметь многослойную конструкцию: надувные или сборные модули, герметичные облицовки или покрытия и уплотнения, заполненный водой слой, защищающий от радиации, — и, возможно, бетонную конструкцию, скрепленную генетически модифицированными дрожжами.

Потребуется больше исследований, прежде чем инженеры смогут быть уверены, что дрожжи вообще смогут достаточно хорошо выжить на Марсе, чтобы с их помощью можно было что-либо собрать.

Марс — суровая холодная планета, а его разреженная атмосфера и давно утратившее силу магнитное поле делают поверхность уязвимой для смертоносного излучения (как от Солнца, так и из дальнего космоса). Но подобно тому, как Лю и его коллеги модифицировали части генома P. cerevisiae, чтобы сделать его лучшим связующим веществом для бетона, другие исследователи, возможно, смогут модифицировать дрожжи, чтобы они выдерживали более высокие дозы радиации и более низкие температуры.

«В принципе, эту платформу можно сконструировать таким образом, чтобы она обладала устойчивостью к стрессовым воздействиям, включая сопротивление холоду, вакууму и даже радиации», — написали исследователи в своей статье.

Конечно, дрожжи, способные выживать на Марсе, — это то, что на самом деле может привести к загрязнению планеты устойчивыми и быстро размножающимися земными микробами. Лю и его коллеги упомянули в своей статье, что стратегии защиты планеты станут важной частью будущих исследований, наряду с проверкой долговечности материала и его способности удерживать тепло.

Однако желатиново-дрожжевой бетон может предложить некоторые преимущества по сравнению с другими передовыми идеями по производству строительных материалов на Марсе, большинство из которых основаны на нагреве и плавлении реголита для образования кирпичей и опорных балок. Эти методы позволяют обойти проблемы, связанные с доставкой материалов из космоса, но они по-прежнему требуют огромного количества энергии, не говоря уже о промышленном оборудовании, которое, по словам исследователей, «трудно масштабировать для систем, переносимых ракетами».

По оценкам Лю и его коллег, подход, предложенный ими, потребляет на порядок меньше энергии, чем традиционные методы плавления реголита. Однако, по оценкам Цю, для строительства чего-либо существенного все равно потребуется доставка тонн материалов с Земли.

Когда речь заходит о строительстве дома для человечества на Марсе, простых решений никогда не будет. С другой стороны, дрожжи могут стать возобновляемым и многоразовым ресурсом, который нужно будет доставить всего один раз. Когда астронавты закончат строительство одного здания, они смогут переработать бетон и поместить дрожжи в биореактор для выращивания новой партии.

«Меня бы удивило, если бы материалы для будущих марсианских инженерных сооружений не были такими же разнообразными, как те, что используются в земных инженерных проектах, — и биология, безусловно, внесет свой вклад», — сказал Цю.