Резюме
- Бактерии могут укрепить лунный грунт для изготовления кирпичей на Луне, что позволит сократить расходы.
- Бактерии вырабатывают карбонат кальция, который помогает заполнять трещины в строительных материалах.
- Добавление экстракта гуаровых бобов к лунному материалу значительно увеличивает прочность кирпича.
Человечество веками зависело от бактерий. От ферментации и сельского хозяйства до создания вакцин и генной инженерии, штаммы бактерий нашли широкое применение в промышленности и быту. В ближайшем будущем они могут помочь в изготовлении прочных кирпичей для строительства мест обитания на поверхности Луны.
Группа ученых из Индии разработала процесс, основанный на бактериях, для создания более прочных кирпичных структур, которые могут выжить в суровой атмосфере Луны. Этот подход примечателен тем, что в качестве базового материала используется лунный грунт. Или, как говорит НАСА, In-Situ Resource Utilization (ISRU).
Решение критической проблемы
Одной из самых больших проблем в стремлении построить поселение для человечества вдали от Земли является транспортировка всех материалов и оборудования на внеземное тело. По словам Дженнифер Эдмунсон, исполняющей обязанности руководителя программы NASA’s Centennial Challenges, полет с Земли на Луну может обойтись в 1-1.12 миллиона долларов за килограмм груза.
Чтобы избежать этого, NASA активно изучает идеи in situ, которые могут использовать материал, доступный локально на Луне и даже на Марсе. Основываясь на этом подходе, группа экспертов из Индийского института науки (IISc) и Индийской организации космических исследований (ISRO) разработала метод создания того, что они называют «космическими кирпичиками».
Основной материал, используемый для изготовления этих кирпичей, — лунная почва в сочетании с мочой (как источником мочевины) и бобами гуара, которые обычно выращиваются в Индии и используются для производства пищевого загустителя в виде порошка, называемого гуаровой камедью. Этот растительный экстракт используется в порошкообразной форме в качестве добавки для повышения прочности материала.
Секретный соус
Именно здесь бактерии, вид которых называется Споросарцина пастерия, выходят на сцену. Он объединяет кальций и мочевину в строительном материале, чтобы создать кристаллы карбоната кальция, которые заполняют трещины, появляющиеся в кирпиче с течением времени. «Было обнаружено, что конечный продукт, полученный после нескольких дней инкубации, обладает значительной прочностью и обрабатываемостью», — говорит команда.
В широком смысле этот процесс называется биоцементацией, а процесс восстановления известен как микробно-индуцированное осаждение карбоната кальция (MICP). Согласно статье, опубликованной в журнале Frontiers, бактериальное восстановление может продлить функциональный срок службы лунных кирпичей на лунной поверхности.
Интересно, что это не первый случай, когда моча или вышеупомянутые виды бактерий появляются в космических исследованиях. Эксперты из Манчестерского университета создали материал под названием AstroCrete, который по сути объединил бы марсианскую почву с мочой и кровью астронавтов. Интересно, что биокомпозитный материал оказался почти таким же прочным, как бетон.
Что касается вида бактерий, то он особенный, и укрепляющие свойства этой бактерии уже были продемонстрированы в проектах на Земле. Во время выступления на TED Магнус Ларссон продемонстрировал отмеченный наградами метод использования бактерий для создания твердых дюн и предотвращения расширения пустыни Сахара. Джинджер Криг Досьер, доцент Американского университета в Шардже, также разработала метод производства биокирпичей с использованием того же вида бактерий, мочи и песка.
Основная роль Споросарцина пастерия заключается в производстве карбоната кальция, который считается чрезвычайно совместимым с компонентами бетона. Когда в бетоне появляются трещины, бактериальный материал запускает образование карбоната кальция, чтобы заполнить трещины и запечатать их.
В отдельной статье, опубликованной в журнале PLOS, команда протестировала другой вид бактерий, названный Бацилла велезская. Он примерно в десять раз доступнее, и в ходе лабораторных испытаний он дал в два раза больше материала для заполнения трещин.
Сила бобов
Врачи по всему миру рекомендуют добавки кальция для повышения прочности и роста костей. В природе роль кальция в минералах не слишком отличается. Команды IISc и IIT начали свою работу над космическими кирпичиками с бактерий, мочевины и кальция. Базовым материалом был имитатор лунного грунта (LSS), который богат кремнием, углеродом, кислородом и алюминием.
Гуаровая камедь, извлекаемая из бобов гуара, играет решающую роль в изготовлении строительного материала благодаря своей роли полимерной добавки. Фактически, согласно исследовательской работе, опубликованной в журнале Ceramics International, органическая камедь увеличила прочность кирпича почти в шесть раз.
«В независимых экспериментах, проведенных в условиях колбы, было отмечено, что гуаровая камедь ускоряет как рост бактерий, так и активность, связанную с MICP», — говорится в исследовательской работе. Еще одним впечатляющим аспектом этих космических кирпичей является то, что они хорошо поддаются обработке и допускают свободную форму в соответствии с потребностями строительства.
Для придания формы материалу достаточно простого токарного станка, что открывает двери для легкого создания взаимосвязанных конструкций и уменьшения хлопот со специализированными формами. Теперь команда с нетерпением ждет возможности изготавливать более крупные кирпичи и масштабировать производственный процесс за пределами лабораторий. В будущем основное внимание будет уделяться укреплению кирпичей, чтобы они могли выдерживать сейсмическую активность на поверхности Луны. Да, Луна полна сюрпризов, и «лунотрясения» — один из них.
Интересно, что та же команда также работает над похожей бактериальной стратегией для производства кирпичей с использованием марсианской почвы. Настоящей проблемой, конечно, станет транспортировка оборудования, которое сможет собирать лунный реголит и превращать его в космические кирпичи. Будем надеяться, что миссия Artemis вернет славные дни человечества на Луне и откроет двери для долгосрочных поселений.
