建設首個火星基地材料怎麼來?科學家:送點細菌上去,自動生產鐵

2021-01-08 天文同好樂園

埃隆·馬斯克曾經宣布稱,希望他們公司的載人飛船未來能抵達火星並建立火星基地;史蒂芬·霍金教授生前也盼望能看到在這顆紅色行星上建立人類家園;美國宇航局正在建造新型太空發動機,能夠在未來運送人類抵達火星。但是,想在火星上建造人類基地真的很容易嗎?當然不是!恰恰相反,是十分困難!

大多數人可能都會認為建造火星基地是一個非常吸引人的項目。然而,建造火星基地的最大障礙就是費用相當高,抵達火星的費用非常昂貴。就目前來看,想利用地球資源去建造一個永久性火星基地並不是最佳方案,畢竟將地球資源運送至火星費用實在太高。那麼,如果換了是你,你會如何在火星上建立第一個基地?

要建造火星基地,一些基建材料肯定是必須的。在地球上,鋼鐵是重要的基建材料,但這種材料密度很大,從地球運送到火星很顯然是不現實的,即使有錢都無法做到。火星土壤含鐵量很高,如果能就地取材獲得鐵,確實是個很好的想法,可是如何獲得呢?靠太空人上去開採嗎?也不現實。對於這個問題,荷蘭代爾夫特理工大學的一位科學家說:這很簡單!我們只要送一些細菌上去就可以自動生產鐵,幾年後再送太空人上去,就能用鐵作為基建材料。

這位科學家名叫班傑明·萊納。在過去的四年裡,萊納與他的同事和來自歐洲航天局和美國宇航局的研究人員一起,為利用細菌生產鐵、以及運送細菌的火星無人飛行任務制定了一個可行的計劃。班傑明·萊納是代爾夫特理工大學的博士,具有納米技術和生物學背景。現在他提出了一個在最初幾年不涉及任何人的計劃,他的計劃排除了向火星運送重型材料的需要。

萊納在實驗室

在他的論文中,萊納建議先往火星運送包含三個裝置的無人「膠囊」:漫遊器、生物反應器和三維印表機。漫遊車作為挖掘機使用,白天,它挖出富含鐵的火星土壤,並將其帶到生物反應器。這個反應器充滿了一種稱為「謝瓦內拉」的有核細菌,這種細菌能夠把火星土壤中的氧化鐵變成磁鐵礦,一種鐵的磁性氧化物。細菌完成其工作後,磁鐵礦可以用磁鐵提取。使用一種稱為基於光刻的陶瓷製造(LCM)技術,3D印表機將原材料轉換成螺絲、螺母、鐵板和其他物體——這些都是未來太空人建立火星基地所需要的。

步驟示意圖

細菌的一些主要優點是它們具有自我繁殖性、運輸方便和廉價性,最重要的它們能夠承受高輻射。在萊納的計劃中,微藻為細菌提供食物,這些藻類將火星大氣中的陽光和二氧化碳轉化為營養物質和氧氣。它們還產生殘餘廢物,這將是火星第一批定居者的重要資源,因為它可以用作堆肥。萊納和他的團隊計算了一個裝有1400升反應器的無人太空艙能產生多少鐵:每年大約350公斤。通過向火星發送幾個這樣的無人模塊,我們可以在幾年內生產出大量的鐵。

在地球上生產的磁鐵礦樣品

萊納也考慮到了3D列印材料的存儲。為了防止地球細菌汙染火星(因為這可能會阻礙在火星上尋找生命),在膠囊的一側連接有充氣密封室,細菌生產的材料可以安全地存儲在這個受保護的空間。萊納的建議符合近年來在空間研究中越來越受歡迎的方法:原地資源利用(ISRU),即收集、處理和使用自然存在於行星或其他天體上的材料。歐空局和美國宇航局已經表示,他們希望進一步發展萊納斯的想法,努力促進這個計劃在未來能夠變成現實。

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