Как создать удобную экосистему для колонистов на марсианской базе: разработки центра CUBES

В первой части этой статьи мы рассказали об основном базисе технологии, основанной на обеспечении жизни марсианской колонии с помощью биореакторов. В этой части повествования предлагаем познакомиться с причинами, по которым эти системы жизнеобеспечения не нашли активного развития и практической реализации в экспериментах. Итак. Считается, что колония на Марсе – это основная цель основения этой планеты. Вернее сказать, это главная мотивирующая причина того, почему в прошедшие двадцать лет космические технологии и сопуствиующие с ними разработки начали активно развиваться. При этом полет на Марс и создание там колонии упоминается во многих научно-фантастических романах. При этом, в научно-популярных художественных произведениях, вышедших в печать в США и СССР это тоже описывалось в предположении того, что уже в самое ближайшее время человечество посетит Марс.

Но, как показало время, мы не не полетели ни на Марс, ни на Луну, исследование которой было предано забвению на протяжении несколько десятков лет. Соответственно, биореакторы обращали на себя внимание, но считалось, что они невыгодны экономически. Дело в том, что такая система очень тяжёлая, смысла отправлять её на орбиту или куда-либо ещё на короткое время просто нет. А вот в случае колонии он сразу появляется, поскольку картошку на Красной планете, как в одном НФ-фильме, вероятно, можно выращивать, но только это потребует ещё больших усилий и вложений.

Как известно, один из наиболее активных сторонников полёта на Марс — Илон Маск. Он предлагает основать колонию, отправляя межпланетных путешественников в один конец. Возможно, её жители, развивая инфраструктуру и промышленность по мере возможности, смогут в итоге начать производить топливо для ракет. И тогда начнутся и «челночные» полёты Земля-Марс-Земля. Но до тех пор все эти люди будут зависеть только от себя и того, что они построят.

Так что идея биореакторов здесь как раз может показаться весьма полезной.

CUBES может всё. Ну или почти

NASA в 2017 году основало Center for Utilization of Biological Engineering in Space (CUBES). Членами этого центра являются государственные организации, представители промышленности и научные организации. Все они работают над созданием биосистемы, способной обеспечить колонистов Марса если не всем, то многим.

Система биореакторов, предложенная CUBES, выходит за рамки традиционного жизнеобеспечения и больше ориентирована на производство и использование ресурсов на месте (ISRU). Это уже не просто переработка отходов жизнедеятельности и производство продуктов питания.

Это ещё и производство материалов, таких как биопластики, и терапевтических средств. Эти задачи, что логично, интегрированы с переработкой отходов. При желании комплекс может производить воздух, пригодный для дыхания, хотя об этом, скорее всего, позаботятся физико-химические системы, подобные тем, которые сейчас работают на МКС.

Представители центра выбирают наиболее эффективные и практичные решения для реализации проекта самодостаточного биокомплекса. В основе — идеи MELiSSA, но должным образом доработанные и модифицированные. Так, учёные не планируют просто брать штаммы микроорганизмов и использовать их как есть. Нет, здесь вступает в дело уже и генная инженерия. Совместно с некоторыми стартапами, специализирующимися как раз на этом направлении, центр собирается создать специализированные штаммы. Например, те, что будут производить сахар, жиры или что-то ещё. Помимо производства питательных веществ, продукция системы может быть использована для приготовления блюд с различной текстурой, ароматом и вкусом.

Это большой шаг вперёд. Спирулина в биореакторах MELiSSA имеет вкус болотной ряски (если вы её пробовали, конечно). «То, что едят астронавты, оказывает глубокое влияние на их самочувствие и мотивацию, — сказал Нэнгл. — На первых этапах исследования Марса мы, вероятно, выбрали бы наиболее калорийные продукты, потому что они занимают меньше всего места. Позже мы могли бы перейти к менее калорийным вариантам, которые обеспечивают вкус, свежесть и все те психологические улучшения, которые нужны людям на местах».

В рамках этого направления работы в 2020 году был реализован тестовый проект, в ходе которого учёные использовали бактерию (Cupriavidus necato) для производства сахара (сахарозы), полимеров для пластмасс (полиэфиров) и липохито олигосахаридов. Всё, что было нужно бактериям, — смесь водорода и углекислого газа. В целом всё получилось, а донорами генов штамма, о котором идёт речь выше, стали такие бактерии, как E. coli, B. japonicum и другие.

Сейчас эксперименты продолжаются. CUBES занимается разработкой новых бактерий для эффективного производства полезных вещей, таких как еда, материалы или лекарства. Микроорганизмы можно даже модифицировать, чтобы извлекать различные соединения и металлы из реголита или изменять марсианскую почву, делая её пригодной для выращивания растений.

К сожалению, есть и проблемы. Так, «специализированный» штамм будет эволюционировать, видоизменяться, и в итоге может произойти снижение продуктивности бактерий, которые «захотят» снова стать дикими. Поэтому вариант действий для колонистов — уничтожение «ленивого штамма», а потом забор нового, замороженного штамма Cupriavidus necato для возвращения цикла в рабочее состояние. Один портативный холодильник может хранить такое количество штаммов, что их хватит на пару сотен лет, так что это не проблема.

Ну хорошо, давайте приступим к конкретике

Так вот, система, разработанная CUBES, предназначена для колонии на Марсе. При этом создан и план развития этой системы, которую можно совершенствовать и масштабировать. Команда проекта создала план, исходя из возможного прогноза роста колонии на Марсе.

Первый этап рассчитан на количество колонистов менее 100 человек. Экипаж будет есть в основном еду, привезённую с Земли. Биореакторы дополнят всё это микроэлементами, а также будут поставлять биопластик в небольшом количестве. Аналогичным образом бактерии будут производить небольшой объём лекарств. Этот этап будет чем-то вроде «МКС на стероидах», когда колония ещё не сможет обеспечивать себя сама всем необходимым, но что-то производить уже будет.

Второй этап рассчитан на население свыше 100 человек. Тогда колонисты добавят в систему фотобиореакторы, которые будут поглощать углекислоту, извлечённую из атмосферы Марса, а также получать солнечную энергию. Реакторы будут производить продукты питания, материалы для строительства и т. п. Также колонисты «запустят» бактерии, отвечающие за массовое производство лекарственных препаратов. Активно станут перерабатывать все отходы колонии, а объём отходов будет уже большим.

Ну а третий этап — это уже когда население превысит 10 000 человек, что произойдёт явно нескоро. Вероятно, нас от этого момента отделяет много десятков, а то и сотня лет. Здесь уже будет существовать сельское хозяйство с культурами, модифицированными для выживания в марсианских условиях. Марсианские породы станут перерабатываться бактериями, а уже в эту среду́ колонисты будут высаживать растения. Лекарства по-прежнему планируется производить при помощи бактерий.

Планов, конечно, громадьё, но здесь нужно знать конкретику: энергетические ресурсы колонии в самом начале, объём воды, продуктов питания, количество колонистов и т. п. Как только сам план по созданию колонии на Марсе начнёт реализовываться практически, то и систему CUBES можно будет модифицировать соответствующим образом. Предварительные тесты планируется провести через 3-4 года на земном объекте с участием добровольцев.

Автор: @Petr0v1
Источник: https://habr.com/