使用細菌在火星上建立基地

當談到未來太空任務的計劃時，最重要的方面之一將是本地資源和自動機器人的使用。此過程稱為「現場資源利用」（ISRU），它減少了任務組需要預先發送或攜帶的設備和資源。同時，自主機器人可以提前發送給機組人員，並為他們預先準備好一切。

但是，可以從地球外的土壤中吸取鐵，然後將其用於3D列印金屬部件的細菌的細菌呢？這就是代爾夫特理工大學的博士候選人班傑明·萊納（BenjaminLehner）提出的想法。在星期五（11月22日），他為自己的論文辯護，該論文要求對火星展開一次無任務任務，該任務將使用充滿細菌的生物反應器將重膏石轉化為可用的金屬。

該提案是Lehrner四年研究的結果，他在納米技術和生物學方面都有背景，並且是在ESA和NASA的幫助下進行的。這項研究的目的是找到一種方法，通過創建一個系統來減少任務的相關成本，該系統可以創建任務棲息地，而無需人員或提前派遣補給。

Lehner的計劃要求一種無膠囊的膠囊，其中包含三個組件：流動站，生物反應器和3D印表機。流浪者負責執行收集凝灰巖的任務，將其運到生物反應器中，然後由一種稱為希瓦氏菌的細菌對它進行處理。這種細菌能夠將火星的go石轉變為磁鐵礦（鐵的一種磁性氧化物），然後可以使用磁鐵將其提取。

然後3D印表機使用一種稱為基於光刻的陶瓷製造（LCM）的技術將原始磁鐵礦轉換成用於建築的常見金屬部件（螺釘，螺母，鐵板等）。該技術包括將一種原料（在這種情況下為磁鐵礦粉）暴露於一種光源（雷射，微波等）中，該光源融合成熱漿，然後可以逐層沉積以形成所需的形狀。

在生物反應器內，細菌被餵以微藻，微藻依靠火星大氣中的陽光和二氧化碳來產生養分和氧氣。它們還會產生殘留的有機廢物，第一批進入火星的太空人將能夠提取這些廢物並將其用作堆肥。最重要的是，Lehner和他的團隊計算出，一個1400升（370加侖）的反應堆一年內可以產生350公斤（770磅）或磁鐵礦。

隨著時間的流逝，膠囊模塊及其機器人元件將能夠製造建造機組人員棲息地所需的所有硬體。但是，Lehrer和他的團隊預計可以將包含多個流動站的多個膠囊（配備生物反應器和3D印表機）發送到火星，以組裝所有必要的材料來構建火星棲息地。

同時，正如Lehrer解釋的那樣，他和他的團隊將行星保護問題納入了他們的計劃：

「3.3年後，它將產生超出膠囊內容量的鐵。通過將其中一些無人模塊發送到火星，我們可以在幾年時間內生產大量鐵。我們要防止細菌汙染地球，因為這可能會阻礙在火星上尋找生命。」

他們確定，針對後一個問題的解決方案是在膠囊的一側配備可充氣的密封腔，該腔可以安全地存儲3D列印材料。這樣可以確保在地球上生下來的細菌的幫助下製造的組件不會意外地接觸火星環境，從而防止任何可能的汙染。

總而言之，Lehner的工藝比常規構造和其他增材製造（3D列印）技術具有許多優勢。首先，為生物反應器提供動力的細菌能夠繁殖，因此它們可以隨著時間的推移補充其數量。它們還很輕巧，因此易於運輸且價格便宜，並且能夠承受高劑量的輻射。

這個概念非常適合不久的將來的擬議任務，該任務將嘗試在月球上建立可持續的人類存在，然後使用該存在將探索性任務安裝到地球以外的位置（例如火星）。因此，ESA和NASA已經表示他們希望進一步發展Lehner的想法。ESA科學顧問AidanCowley博士說：

「ISRU是我們需要開拓的一項重要技術，以使可持續的勘探成為可能。應檢查所有方法，在這種情況下，班傑明的工作為此類應用的生物學過程增添了寶貴的見識。因此，誰知道呢，也許這一計劃有一天會成為現實。」

目前正在國際空間站（ISS）上研究類似的想法-一種依靠藻類提供生命支持和穩定營養供應的生物反應器。當到月球和火星的任務成為常規任務時，配備3D印表機的自動機器人將很可能成為常規功能。維護成本低且可持續的ISRU方法將大大增強這些任務。