Главная » Наука » Из крови и пыли. Невероятные идеи космического строительства

Из крови и пыли. Невероятные идеи космического строительства

  • Расчет на местные материалы
  • Замешаны на крови
  • Бетон из крови космонавтов
  • Пикантная биодобавка
  • На очереди — пауки

Проект возможной жизни на Марсе - РИА Новости, 1920, 15.11.2021© NASA / Clouds AO/SEArch

Проекты поселения на Луне уже разрабатывают. На очереди — Марс. Но доставлять туда что бы то ни было дорого и технически сложно. Поэтому ученые рассматривают разные варианты производства пищи, топлива, энергии и стройматериалов из местного сырья, включая продукты жизнедеятельности колонистов.

Расчет на местные материалы

У Марса нет плотной атмосферы и магнитного поля. Для защиты от космического излучения, солнечной радиации и микрометеоритов первым поселенцам потребуется надежное укрытие. Кроме того, на Марсе бушуют песчаные бури и скорость ветра может превышать сто километров в час. Единственный материал, из которого можно что-то построить, — рыхлые поверхностные породы, марсианский реголит.

Также нужен стабилизатор, связующее вещество, придающее прочность материалу. В то же время сырье должно быть пластичным — таково требование аддитивной технологии.

В качестве стабилизатора обычно рассматривают либо неорганический цемент, который можно получить из воды, содержащейся в марсианском льду, а также углекислого газа и азота атмосферы Красной планеты, либо биосинтетические полимеры типа паучьего шелка или белка альбумина, имеющегося в крови крупного рогатого скота.

Город на Луне - РИА Новости, 1920, 01.12.20201 декабря 2020, 08:00НаукаКитайцы переселяются на Луну. Как будет выглядеть первый внеземной город

Замешаны на крови

Связующие вещества биологического происхождения (смолы деревьев, коллаген из копыт, казеин из сыра, кровь животных) широко применяли для изготовления клея на протяжении тысячелетий. Синтетические адгезивы на основе нефти — по историческим меркам — изобрели совсем недавно.

Кровь животных нередко добавляли в строительные растворы в Средние века. В XIX столетии, смешивая опилки с бычьей кровью, во Франции получали bois durci — закаленное дерево. При нагревании до 150-200 градусов Цельсия под давлением из смеси удаляли лишнюю влагу. При этом молекулы альбумина соединялись в цепочки-олигомеры и пронизывали всю массу, придавая ей необычайную прочность. Из закаленного дерева делали мелкие предметы интерьера, элементы мебельного декора, рамы для картин. Для одного килограмма такой “древесины” требовалось всего около 130 миллилитров крови. Фактически это был первый биокомпозитный материал.

В начале XX века американская компания Haskell Manufacturing выпускала хаскелит — фанеру, проклеенную гидрофобным клеем на основе бычьего альбумина. Из нее делали корпуса самолетов, лодки, плавучие мосты, а также элементы строительных конструкций.

Не раз возникали идеи использовать кровь, слитую на скотобойнях, которую обычно выбрасывают или сжигают, в производстве строительных блоков, за это давали патенты. Но все подобные изобретения оставались невостребованными — “кровавые” кирпичи слишком дорогие. Другое дело — Марс, над которым не властна рука рынка.

Луна-25 - РИА Новости, 1920, 12.04.202112 апреля, 08:00Наука“Никто еще там не садился”. Ученые рассказали о полярной миссии “Луна-25”

Бетон из крови космонавтов

Понятно, что на Красную планету не планируют завозить коров. Во всяком случае, пока. А значит, вместо бычьего придется использовать человеческий альбумин. Смешав рыхлый материал, подобный лунному или марсианскому реголиту, с этим белком из крови человека, британские ученые получили биокомпозит, не уступающий бетону. Назвали его AstroCrete.

Создали два варианта — для Луны и Марса, с концентрацией альбумина соответственно 15 и 37,5 процента. Предел прочности на сжатие — от 19,5 до 25 мегапаскалей, как у обычного бетона, а если добавить мочевину, то до 39,7.

Альбумин — самый распространенный белок в крови человека. В плазме его — 40-45 граммов на литр, пополняется со скоростью 12-25 граммов в сутки. По расчетам, литра крови хватит на 300 граммов композитного бетона. Если каждый космонавт будет сдавать кровь дважды в неделю, это даст около 2,5 килограмма композита в месяц. За 72 недели можно построить помещение для еще одного колониста.

При этой технологии не нужны биореакторы и оборудование для изготовления синтетических полимеров, следовательно, ниже расход энергии, воды и времени. Важно, что производство не зависит от поставок с Земли. При условии, что прочие системы жизнеобеспечения работают нормально, колония сможет самостоятельно расширить жизненное пространство или восстановить разрушенное.

Биокомпозитный материал с человеческим альбумином для строительства на Марсе (слева) и Луне (справа) - РИА Новости, 1920, 10.11.2021© Фото : The University of ManchesterБиокомпозитный материал с человеческим альбумином для строительства на Марсе (слева) и Луне (справа)

Пикантная биодобавка

Связывающие свойства возникают у альбумина, когда белки крови разворачиваются. Они соединяются между собой в плоские структуры, известные как бета-листы, которые и удерживают частицы материала. Но для этого их надо денатурировать. Лучше всего с этим справляется мочевина — еще один компонент AstroCrete.

Человек в среднем производит от одного до двух литров мочи в сутки, это 20-35 граммов мочевины. Ее отделяют в системе жизнеобеспечения при получении чистой воды. Это ценное сырье. Им можно, к примеру, удобрять растения. Но, по мнению ученых, для этого прекрасно подходит атмосферный марсианский азот, а мочевину лучше пустить на “кровавый” бетон.

Замкнутый цикл производства на Марсе - РИА Новости, 1920, 10.11.2021CC BY 4.0 / A.D.Roberts et al., 2021 / Замкнутый цикл жизнеобеспечения колонии на Марсе. Желтыми стрелками показаны процессы, которые возможны после запуска биореактора

На очереди — пауки

В качестве альтернативы человеческому альбумину рассматривали паучий шелк. Основа паутины — тот же белок, из которого плетет коконы тутовый шелкопряд, — фиброин. Его адгезионные свойства не хуже, чем у альбумина, а молекулы также образуют прочные сетки за счет водородных связей.

Пауков не раз отправляли в космос. Недавний эксперимент — за двумя разнополыми особями вида Trichonephila clavipes два месяца наблюдали на МКС — показал, что они без проблем плетут паутину и в невесомости.

Однако вариант с пауками более трудный. Им нужны отдельные помещения — достаточно просторные, чтобы не мешать друг другу. За ними надо ухаживать, кормить личинками мух. Кроме того, в отличие от шелкопряда, пауков сложнее разводить. Все идет к тому, что придется создавать синтетические аналоги паучьего шелка на основе рекомбинантных белков.

В марсианском поселении сырье теоретически можно синтезировать в биореакторе, а чтобы он не простаивал, делать в нем еще и биотопливо, химикаты, фармацевтические препараты, пищу, перерабатывать продукты жизнедеятельности человека. Но пока подобных универсальных установок нет и, видимо, первым поселенцам придется рассчитывать в основном на собственные силы и местные ресурсы.

Астронавт Эдвин Олдрин во время миссии Аполлон-11 на Луне  - РИА Новости, 1920, 09.11.20219 ноября, 23:45НаукаВ НАСА рассказали, когда люди вновь смогут высадиться на Луну

Источник

Оставить комментарий