Ученые создали материал для строительства домов на Марсе

Ученые Гонконгского университета науки и технологии разработали строительный материал, который в перспективе можно будет применять на Марсе. Основой смеси стали дрожжи, желатин и песок, а результаты работы опубликованы в журнале Chem Circularity.

Смесь напечатали при низкой температуре и пониженном давлении, близких к условиям марсианской поверхности. В таких условиях вода быстро превращается в лед, а затем испаряется, минуя жидкую фазу. После этого внутри материала остается множество микроскопических пор, а желатин формирует легкую основу, удерживающую клетки дрожжей. После высушивания образцы сохраняют прочность, а дрожжи можно извлечь, размножить в биореакторе и использовать повторно.

Сейчас одним из главных направлений NASA остается возвращение людей на Луну. В рамках программы «Артемида» это должно произойти в 2028 году. При этом пилотируемые полеты на Марс также постепенно переходят из области научной фантастики к практическому планированию. Компания SpaceX намерена отправить грузы на Марс в 2028 году, а вместе с Blue Origin она участвует в создании лунных посадочных модулей. Если экспедиции с участием людей на Марс состоятся, участникам придется решать не только задачу длительного перелета, но и вопрос строительства жилья на месте.

В качестве основы для марсианских строительных материалов рассматривают местный реголит. По свойствам он напоминает земной песок и в основном состоит из оксидов кремния, алюминия и железа. Именно соединения железа придают поверхности Марса красный оттенок. Однако сам по себе реголит слишком рыхлый, чтобы заменить бетон, поэтому ему нужны связующие и укрепляющие компоненты. Доставлять цемент с Земли для таких задач практически невозможно, поэтому ранее предлагались другие варианты: хитин из панцирей насекомых, которых могут выращивать для питания, а также альбумин из человеческой крови и мочи.

Группа под руководством Цзишэня Цю предложила использовать живой материал на основе генетически измененных дрожжей. Исследователи модифицировали пекарские дрожжи так, чтобы на поверхности их клеток появлялись клейкие белки. Среди них были белки из биссусных нитей мидий, с помощью которых эти моллюски прочно закрепляются на камнях.

Затем ученые смешали измененные дрожжи с обычным желатином и песком. Желатин служил полимерной матрицей: он связывал частицы материала и одновременно создавал среду для живых клеток. Авторы работы уточнили, что в опытах применялся земной песок с частицами размером 0,1–0,2 миллиметра. Настоящий марсианский реголит или его имитацию на этом этапе не использовали.

После печати методом выдавливания смесь охладили до минус 30 градусов Цельсия и высушили при низком давлении. Так ученые воспроизвели часть условий поверхности Марса. Замерзшая вода затем переходила из твердого состояния сразу в газ, благодаря чему в материале образовывалась пористая структура. Фактически суровые марсианские условия стали частью производственного процесса.

Для проверки идеи специалисты напечатали небольшие куполообразные образцы высотой 45 миллиметров и диаметром 30 миллиметров. По размеру они были сопоставимы с винной пробкой. После обработки в условиях, похожих на марсианские, материал выдерживал сжатие около 12 мегапаскалей, а прочность на изгиб составляла примерно 6 мегапаскалей. Эти показатели сопоставимы с бетоном низкой марки.

По расчетам авторов, обработка такого материала может требовать в десятки раз меньше энергии, чем технологии, основанные на нагревании. Однако эта оценка относится только к этапу изготовления самого материала. В нее не включали выращивание дрожжей, производство желатина, работу биореакторов и другие необходимые процессы.

Отдельно исследователи указали на возможность повторной переработки. Разрушенные образцы можно измельчать и снова использовать до четырех раз без заметного ухудшения механических свойств. Кроме того, дрожжи из старого материала можно извлекать, размножать в биореакторе и применять для производства новых образцов.

При этом технология пока не готова к строительству на Марсе. В наиболее прочных образцах использовался желатин из свиной кожи, который пришлось бы доставлять с Земли. Еще одно ограничение связано с тем, что эксперименты проводились с обычным песком, а не с марсианским реголитом. В последнем может содержаться до 1 процента токсичных перхлоратов и других соединений хлора. Ученым еще предстоит выяснить, смогут ли дрожжи размножаться в такой среде.