Сингапурские инженеры предложили добавлять хитозан, полученный из насекомых или ракообразных, в реголит для получения биолита, из которого на Марсе можно будет строить дома и создавать инструменты. Для проверки своего материала ученые сделали модель марсианского дома и шестригранный ключ, с помощью которого авторы успешно закрутили космический болт. Статья, в которой рассказывают о замкнутом цикле производства материала на Марсе, опубликована в журнале Public Library of Science One.
Человечество стремительно приближается к колонизации Марса. Первые пилотируемые запуски NASA запланированы к середине 2030-х, а потому ученые и любители в большом количестве предлагают свои проекты домов, систем жизнеобеспечения и способов долететь до планеты. Чтобы снизить стоимость проектов, многие ученые в качестве источника неорганики для строительных и конструкционных материалов предлагают использовать собственный грунт Марса — реголит.
Но, к сожалению, многие технологические процессы основаны на земных условиях: они рассчитывают на воздействие давлением и температурой или же на сложные биосинтетические полимеры. Чтобы максимально эффективно использовать марсианскую среду, нужно придумать и соответствующий технологический процесс, который будет воспроизводиться в условиях марсианской экосистемы.
К счастью, земная природа показывает много примеров адаптации живых существ к жестким условиям. Например, прочность биологических структур возникает из сочетания органической матрицы, требующей больших затрат, и неорганического наполнителя, который обработать куда проще. Однако с биоматериалами на Марсе дело обстоит плохо, а потому считается, что первые колонисты привезут с собой насекомых в качестве источника белка и для переработки отходов жизнедеятельности. Выработка хитина из тел насекомых или ракообразных не уменьшит питательности, а значит этот ресурс можно использовать в ходе колонизации.
Ши Вей Ын (Ng Shiwei) с коллегами из Сингапурского университета технологии и дизайна предложил использовать для строительства на Марсе биолит — смесь хитозана и реголита. В качестве источника хитозана ученые выбрали кутикулы креветок, но для этого подойдут и другие питательные насекомые и ракообразные: следует, однако, учесть, что ракообразных обслуживать на Марсе может быть гораздо сложнее. Все вещества можно будет получить в условиях колонии Марса.
Ученые растворили выделенный хитозан в однопроцентной уксусной кислоте, а к полученному раствору добавляли модель реголита — эталон минерального состава грунта Марса. При соотношении 1:25 биолит был не в состоянии возвращаться в исходное состояние после нагрузки, а при соотношении 1:125 легко рассыпался. Авторы провели анализ рентгеновской дифракции и термического поведения — никакого химического взаимодействия между реголитом и хитозаном не происходило. В промежутке соотношений 1:75 и 1:100 показали наилучшие механические свойства.
Полученный материал ученые предлагают использовать для изготовления инструментов: отлитый гаечный ключ из биолита успешно закрутил болт M5 (и выдержал крутящий момент вплоть до 2,73 ньютон на метр), который используется для закрепления деталей в космосе. Более того, из биолита получилось сформовать и более сложные фигуры: цилиндр, куб из игры Portal и фигурку Марсианского колониста. В среднем материал после высыхания уменьшался в размере на девять процентов.
Еще одно применение биолита на Марсе — герметик для дыр в трубах. Чтобы проверить его пригодность, инженеры сделали отверстие в трубе диаметром в 12,5 миллиметров, а затем замазали его биолитом. Упругое поведение биолита позволяет сформировать внутреннюю изогнутую заглушку и укрепить ее подсушенной внешней частью. В течение нескольких недель ученые не обнаружили протечек воды. Также ученые проверили, как биолит скрепляет материалы: два биолитных диска он удерживает вместе до давлений в 117 мегапаскаль, два алюминиевых — 1,09 мегапаскаля, а полилактидных — до давления в 163 мегапаскаля.
Способность влажного биолита склеивать готовые биолитные структуры между собой — полезное свойство для аддитивных технологий. Чтобы в этом удостовериться, исследователи напечатали на 3D принтере три детали Марсианского дома по проекту победителя конкурса NASA из биолита, а затем с помощью него же скрепили. Такой небольшой домик получился за 110 минут. По их оценкам, такое же пятиметровое здание с толщиной стенки в пять миллиметров можно напечатать за два дня.
Илон Маск и NASA планируют пилотируемые миссии на Марс в течение ближайших десятилетий. Почему нога человека до сих пор не ступала на Марс и какие проблемы стоят на пути покорителей Марса, можно узнать в нашем материале «Марсианская илиада».
Артем Моськин