可以借助微生物在火星上制造火箭燃料

科技 2021年11月05日 21.5 k 0

几十年来,NASA 一直在努力清除航天器上的微生物,但总有一天微生物可能会为航天器提供动力。

佐治亚理工学院的一组科学家提出了一项计划,将微生物带到这颗红色星球,为宇航员的返程提供生物燃料。 美国宇航局

探测器为了抵达火星需要准备足够的燃料,这些燃料既困难又昂贵,不仅如此,为回程准备的燃料更难,但微生物可以解决对燃料的需求。

仅从载人火星任务返回家园所需的燃料就将耗资 80 亿美元。因此,佐治亚理工学院的一组科学家提出了一项计划,将微生物带到这颗红色星球,为宇航员的返程提供生物燃料。一段时间以来,研究人员一直在寻找在火星上化学制造燃料的方法。根据该团队发表在《自然》杂志上的新研究,虽然微生物可能需要更重的支持设备,但理论上它们比化学方法消耗的能量更少。

“我认为这是非常有希望的。这是同类研究中的第一次,”佛罗里达大学的空间合成生物学研究员Amor Menezes说,他没有参与这项研究。Menezes 是美国宇航局太空生物工程利用中心 (CUBES)的首席科学研究员。他说,这是第一个令人信服的证据,证明在火星上生产生物燃料是可行的。

该团队的计划需要使用火星二氧化碳、水和阳光来培养两种类型的微生物,以便它们产生燃料。第一种微生物是一种蓝藻,与 24 亿年前形成我们今天拥有的富氧大气层的生物相同。这种微生物将捕获的二氧化碳(火星稀薄大气的主要成分)转化为糖和氧气。第二种微生物,一种工程形式的大肠杆菌,将这些糖转化为一种叫做 2,3-丁二醇的燃料。他们的计划旨在在 500 天的火星任务中每天处理 105 公斤微生物生物量。由于这项研究非常初步,很难说这在实践中的可行性。

这个过程产生的过量氧气至关重要,因为要燃烧,火焰需要燃料和氧气。在地球上,只需考虑燃料,因为氧气占我们大气层的五分之一,所以有很多东西可供使用。但要使火箭发动机在空旷的环境中运行,它们就需要携带氧气。微生物实际上会产生过量的氧气,这些氧气也可以用于呼吸空气。

“这是一个非常遥远的概念”,听起来像“科幻小说”,梅内塞斯说。但在研究火星任务是否应该使用生物燃料的问题大约五年后,研究了潜在的成本和节能,“答案是肯定的。”

该计划面临的挑战之一是火星离太阳更远,它获得的太阳辐射不到地球的一半,这将限制微生物的生长速度。还有建造微生物庇护所的容器,某种薄的封闭水箱来喂养和庇护微生物并防止它们冻结。

火星上有水冰,未来的探索者可能能够进入。但这些冰可能含有盐分,必须去除盐分才能使用这些水。该研究称,除了光和水,微生物还需要氮、磷和多种从地球运来的微量元素。

然后是火星表面强烈的紫外线辐射。蓝藻和大肠杆菌是耐寒微生物,但如果没有地球厚厚的大气层,它们就需要屏蔽太阳的刺眼光线。

除了技术障碍之外,还有 NASA 的行星保护协议问题。目前,美国宇航局禁止将微生物带到火星。但是“凭借其在成本和电力方面的所有优势,”梅内塞斯说他可以看到它在未来获得批准。他说,在某个时候,美国宇航局的行星保护办公室将“必须权衡合成生物学是否可以在火星上进行”。

尽管这项技术对未来充满希望,但它仍然很新,所以梅内塞斯说它可能注定要帮助第二次或第三次前往红色星球的任务。“老实说......在任何真正的火星任务中,如果你想绝对有信心宇航员会活下来,你可能仍然会打包你在第一次任务中可能需要的几乎所有东西,以防万一...... ”