Микробы будут производить ракетное топливо и кислород на Марсе

Создание ракетного топлива на Марсе вместо доставки его с Земли может не только сэкономить миллиарды долларов, но и генерировать тонны кислорода, чтобы помочь людям, исследующим Марс, дышать.

Текущие планы NASA по отлету с Марса включают ракетные двигатели, работающие на метане и жидком кислороде. Однако ни одно из этих видов топлива не существует на Красной планете, а это означает, что его нужно будет транспортировать с Земли, чтобы вывести космический корабль на марсианскую орбиту. Переправка примерно 30 тонн метана и жидкого кислорода, которые, по оценкам НАСА, были необходимы, чтобы помочь человеческому экипажу стартовать с Марса, обойдется примерно в 8 миллиардов долларов.

В одном из методов, предложенных НАСА для снижения этой стоимости, использовались химические реакции для получения жидкого кислорода из углекислого газа в атмосфере Марса . Однако для этого по-прежнему требуется транспортировка метана с Земли на Марс.

Теперь исследователи предлагают биологически вдохновленную альтернативу, которая может производить как метан, так и жидкий кислород из марсианских ресурсов. Мало того, он может генерировать избыток кислорода, чтобы поддерживать человеческую жизнь. 

“Стратегия использования биотехнологии на месте для производства ракетного топлива на Марсе не слишком удачна“, - сказала старший автор исследования Памела Перальта-Яхья, синтетический биолог из Технологического института Джорджии.

Новый метод предполагает отправку на Марс двух микробов. Первыми будут цианобактерии, которые будут использовать солнечный свет для создания сахаров посредством фотосинтеза после выделения углекислого газа из марсианской атмосферы и воды, взятой из марсианского льда. Второй - это генетически модифицированные бактерии E. coli , которые ферментируют эти сахара в ракетное топливо, называемое 2,3-бутандиолом, которое в настоящее время используется на Земле для производства каучука.

Хотя 2,3-бутандиол является более слабым ракетным топливом, чем метан и жидкий кислород, гравитация на Марсе составляет лишь треть того, что ощущается на Земле. “Для запуска с Марса требуется намного меньше энергии, что дало нам возможность рассматривать различные химические вещества, не предназначенные для запуска ракет на Земле“, - говорится в заявлении Перальта-Яхья. “Мы начали рассматривать способы использования более низкой гравитации планеты и недостатка кислорода для создания решений, которые не имеют отношения к запускам с Земли“.

Эта стратегия также требует доставки на Марс ферментов для переваривания цианобактерий и высвобождения из них сахаров. Промышленные методы разделения также требуются для извлечения 2,3-бутандиола из ферментационного бульона E. coli.

Исследователи представляют себе завод по производству ракетного топлива размером с четыре футбольных поля. По их оценкам, их метод потребляет на 32% меньше энергии, чем стратегия, предполагающая доставку метана с Земли, а также генерирует 44 тонны избыточного кислорода для поддержки человеческих экипажей. Однако весил бы он втрое больше. 

Тем не менее, ученые отметили, что они могут дополнительно оптимизировать свой метод, например, за счет увеличения продуктивности микробов, чтобы он потреблял на 59% меньше энергии, чем стратегия, предусматривающая доставку метана с Земли, и весила на 13% меньше, но при этом генерировала 20 тонн избыточного кислорода.

“Учитывая явные преимущества, которые дает биологический процесс, например избыточное генерирование кислорода для образования колоний, мы должны начать думать о том, как создать микробы для их безопасного использования на Марсе“, - сказала Перальта-Яхья.