Кирпичи из человеческой крови и реголита для колонизации Марса⁠⁠

На  протяжении  многих  лет  люди  задумываются  о  колонизации  Марса.  Но  для  постройки  на  нём  города,  предстоит  решить  огромное  количество  технических  задач,  включая  выбор  и  разработку  строительных  материалов.  Перевозка  только  одного  кирпича  через  2225  миллионов  километров,  отделяющих  Землю  от  Марса,  обойдётся  примерно  в  2  миллиона  долларов.  Проще  говоря,  строительство  марсианского  города  обойдётся  в  астрономическую  сумму.  Однако,  учённые  предлагают  колонистам  пожертвовать  собственную  кровь  на  строительство  жилья.

Начались  поиски  материалов  для  строительства  на  самом  Марсе.

Реголит,  минеральная  пыль,  которая  повсеместно  встречается  на  Марсе,  конечно,  был  ключевым  ресурсом,  который  можно  было  получить  на  м6есте,  но  его  механические  свойства  были  ограничены.

Минусы  реголита:  в  первых  его  тонкая  структура  делает  его  менее  прочным,  чем  бетон,  а  отсутствие  на  Марсе  природных  связующих  веществ  ещё  больше  усложняет  задачу,  во  вторых  низкое  атмосферное  давление  на  Марсе  означает,  что  структуры  из  реголита  подвержены  резким  колебаниям  давления.  К  этому  добавляются  экстремальные  температуры  и  интенсивная  радиация,  что  ещё  больше  усложняет  техническую  задачу.

Исследователи  Манчестерского  университета  (  Великоритания  )  предложили  строить  колонии  из  смеси  марсианского  грунта  и  человеческого  сывороточного  альбумина  (  human  serum  albumin?  HAS  ) выделяемого  из  крови  и  мочевины,  выделяемой  из  мочи,  слёз  и  пота  колонистов.  Так  исследователи  планируют  сэкономить  на  перевозке  строительных  материалов.

Учённые  отмечают,  что  самый  логичный  и  достаточно  дешёвый  ресурс  -  сам  экипаж.  В  ходе  исследований  они  обратили  внимание  на синтетическую  биологию  и  использование  связующих  веществ  биологического  происхождения,  таких  как  мочевина  и  HAS.

HSA  -  самый  распространённый  белок  в  плазме  крови.  Его  концентрация  колеблется  в  пределах  40  -  45  грамм  на  литр  и  восстанавливается  со  скоростью  12  -  25  грамм  в  сутки  у  взрослого  здорового  человека.  Учённые  предположили,  что  забирать  кровь  у  экипажа  можно  безопасно  и  относительно  регулярно,  используя  процедуры,  разработанные  для  доноров.  Кроме  того,  процесс  выделения  альбумина  из  крови  относительно  прост  и  экономичен.

В  ходе  проводимых  экспериментов  смешивали  имитацию  марсианского  и  лунного  реголита,  HSA  и  воду,  чтобы  создать  подходящий  материал  для  строительства и  печати  на  3D  -  принтере.  Полученный  материал  назвали  «  биокомпозит  внеземного  реголита  »  (  extraterrestrial  regolith  biokomposite,  ERB  ).  ERB  показал  прочность  на  сжатие  до  25  ,  0  МПа.  Для  сравнения  -  прочность  стандартного  бетона  варьируется  в  пределах  20  -  32  МПа.

Согласно  расчетам,  за  счёт  одного  члена  экипажа  можно  производить  около  2  ,  5  килограмм  ERB  в  месяц,  что  примерно  соответствует  массе  стандартного  кирпича  из  красной  глины.  Если  использовать  материал  только  в  качестве  раствора  для  скрепления,  каждый  член  экипажа  в  течении  72  - недельной  миссии  на  Марс  мог  бы  произвести  достаточно  HSA  для  строительства  жилого  пространства,  для  поддержки  себя  и  ещё  одного астронавта.

В  этот  раствор  также  добавляли  мочевину,  поскольку  она  вызывает  денатурацию  белка.  Она  приводит  к  формированию  так  называемых  β  -  складчатых  слоё,  удерживающих  материал.  Включение  мочевины  повысило  прочность  на  сжатие  ERB  до  39  ,  7  МПа  и  увеличило  плотность  и  концентрацию  лёгких  атомов, что,  вероятно,  повлияет  на  защиту  экипажа  от  радиации.

Учённые  отметили,  что  для  создания  первых  колоний  подойдут  практически  любые  человеческие  ресурсы:  ногти  и  волосы  (  кератин  ),  омертвевшие  клетки  кожи  (  коллаген  ),  слизь  и  человеческие  фекалии.  Так  же  планировалось  провести  эксперименты,  которые  подтвердят  или  опровергнут  теорию  об  использовании  замороженных  или  высушенных  фекалий  в  качестве  ножей  и  других  инструментов  на  поверхности  Марса  (  при  температуре  до  -  63  °  C  ),  но  так  и  остались  не  проведены  из  -за  «  проблем  со  здоровьем  и  безопасностью  ».

Одним  из  центральных  факторов,  мешающих  реализации  идее  с  альбумином, стала  дополнительная  физиологическая  нагрузка  на  экипаж.  Регулярный  забор  крови  в  сочетании  с  повышенными  нагрузками  на  организм  в  ходе  длительных  космических  полётов  может  значительно  усугубить  состояние  человека.  По  этой  причине  учённые  рассмотрели  использование  сывороточного  альбумина  других  млекопитающих,  выделенного  из  плазмы  коров,  кроликов,  коз  и  других  видов  животных.

Наиболее  близкими  к  HAS  по  свойствам  оказался  обычный  сывороточный  альбумин.  Предположительно,  его  можно  использовать  в  качестве  замены  человеческому.  Но  это  приведёт  экипаж  к новым  проблемам:  им  придётся  содержать  животных  на  кораблях  в полёте  и  на  поверхности  Марса.  Наличие  животных  может  стимулировать  развитие  внеземного  животноводства,  однако  потребуется  снабдить  экипаж  дополнительными  источниками  пищи  и  материалов  необходимых  для  содержания  скота  на  кораблях  и  поверхности  Марса.  Однако  на  данный  период  времени,  содержание  животных  на корабле  крайне  не  выгодно.

Последней  альтернативой  названы  синтетические  белки,  полученные  путём  экспрессии  микроорганизмов.  Для  их  получения  необходима  доставка  и  установка  на  Марсе  автономного  биореактора. Но  для  этого  предстоит  продумать  оборот  ресурсов  и  минимализировать  расходы,  этот  метод  может  облегчить  строительство  колоний.  Также  предлагается  использование  паучьего  шёлка  для  дополнительной  поддержки  ERB.

Как  отмечают учённые,  концепцию  ещё  предстоит  проверить  в  ходе  дополнительных  исследований.  Неизвестными  остаются  такие  важные  факторы  как:  влияние  продолжительного  донорства  на  физическое  и  психологическое  здоровья  экипажа.  А так  же  ещё  не  изучен  процесс  износа  ERB  в  имитируемых  марсианских  условиях  и изучить  альтернативные  варианты  скрепления  материала.

Материалы  исследования  опубликованы  в  статье  «  Blood, sweat and tears: extraterrestrial regolith biocomposites with in vivo binders  »  в  журнале  Materials Today Bio Doi.org/10.1016/j.mtbio.2021.100136.