Микробы помогут будущим исследователям Марса производить ракетное топливо и кислород
AstroNews.ru - 27 Октября 2021 17:44:24
Будущие астронавты Марса могли бы производить ракетное топливо на Красной планете, используя воздух, воду и солнечный свет, говорится в новом исследовании. Эта технология могла бы послужить топливом для полетов астронавтов обратно на Землю.
Производство ракетного топлива на Марсе вместо его доставки с Земли может не только сэкономить миллиарды долларов, но и генерировать тонны кислорода, чтобы помочь людям, исследующим Марс, дышать, добавили ученые.
Текущие планы НАСА по возвращению ракет с Марса включают использование ракетных двигателей, работающих на метане и жидком кислороде. Однако ни одно из этих видов топлива не существует на Красной планете, а это означает, что их необходимо будет транспортировать с Земли, чтобы вывести космический корабль на марсианскую орбиту. Перевозка примерно 30 тонн метана и жидкого кислорода, которые, по оценкам НАСА, будут необходимы для помощи человеческому экипажу в старте с Марса, обойдется примерно в 8 миллиардов долларов.
Один из методов, предложенных НАСА для снижения этой стоимости, использовать химические реакции для получения жидкого кислорода из углекислого газа в атмосфере Марса. Однако для этого все еще требуется транспортировка метана с Земли на Марс.
Исследователи предлагают биологически вдохновленную альтернативу, которая может производить как метан, так и жидкий кислород из марсианских ресурсов. Мало того, он может генерировать избыток кислорода, чтобы поддерживать человеческую жизнь.
"Стратегия использования на месте связана с использованием биотехнологий для производства ракетного топлива на Марсе, и она не слишком перспективна", - сказала старший автор исследования Памела Перальта-Яхья, специалист по синтетической биологии в Технологическом институте Джорджии.
Новая технология предполагала бы доставку двух типов микробов на Марс. Первыми были бы цианобактерии, которые использовали бы солнечный свет для создания сахаров путем фотосинтеза после получения углекислого газа из атмосферы Марса и воды, взятой из марсианского льда. Вторым будут генетически модифицированные бактерии, которые будут ферментировать эти сахара в ракетное топливо под названием 2,3-бутандиол, которое в настоящее время используется на Земле для производства резины.
Хотя 2,3-бутандиол является менее мощным ракетным топливом, чем метан и жидкий кислород, но гравитация на Марсе составляет лишь треть от земной. "Вам нужно намного меньше энергии для старта с Марса, что дало нам возможность гибко рассматривать различные химические вещества, которые не предназначены для запуска ракет с Земли", - сказала Перальта-Яхья в своем заявлении. "Мы начали рассматривать способы использования преимуществ более низкой гравитации планеты и недостатка кислорода для создания решений, которые не имеют отношения к запускам с Земли".
Для этой стратегии также необходимы ферменты, отправленные на Марс, чтобы переварить цианобактерии и освободить их сахара. Для извлечения 2,3-бутандиола из ферментационного бульона E.coli также требуются промышленные методы разделения.
Исследователи представляют себе завод по производству ракетного топлива размером с четыре футбольных поля. Они подсчитали, что их метод будет потреблять на 32% меньше энергии, чем стратегия, которая предусматривала доставку метана с Земли, а также генерировать 44 тонны избыточного кислорода для поддержки человеческих экипажей. Однако он весил бы в три раза больше привезенного с Земли метана.
Тем не менее, ученые отметили, что они могли бы продолжить оптимизировать свой метод, например, за счет повышения продуктивности микроорганизмов, чтобы они потребляли на 59% меньше энергии, чем стратегия, предполагавшая доставку метана с Земли, и весил бы на 13% меньше, при этом все еще производя 20 тонн избыточного кислорода.
"Учитывая явные преимущества, которые дает биологический процесс, такие как выработка избыточного кислорода для образования колоний, мы должны начать думать о том, как создать микробы для их безопасного использования на Марсе", - сказала Перальта-Яхья.
Ученые подробно изложили свои выводы в Интернете 25 октября в журнале Nature Communications.