火星上的房子会是宇航员“血和尿”的结晶吗?英国科学家找到一种方法

为了建造住宅作为未来载人探索和殖民火星的生活基地,正在研究以火星表层土(风化层)为材料制作类似混凝土的建筑材料。利用风化层制作混凝土需要粘合材料,但在火星上很难得到。英国曼彻斯特大学的研究人员想出了一种方法,利用宇航员血液中的蛋白质和从尿液中获得的尿素作为粘合材料。据说可以获得比普通混凝土更高的抗压强度。

当载人探索火星和未来殖民火星成为可能,我们应该如何获取人类居住的材料?从成本上看,从地球上运输混凝土和铁的方法是不现实的。如果把建筑材料从地球送到火星,估计哪怕一块砖也要1000多万元。

如果火星上现有的材料可以用于建筑,运输问题就解决了。在月球上,利用沙子、灰尘等月球表面风化层的月球混凝土,在低温下加热固化风化层粉末的“风化层烧结材料”正在研究中。但是真空制作混凝土比较困难,需要大量的能量来烧结风化层,各有利弊。

目前科学家也在研究火星风化层制成的建筑材料。美国国家航空航天局正在开发利用3d打印机制造风化建筑材料的技术,但从目前的研究来看,粘合材料必须从地球上运输,这将占据可运输到火星的材料重量的相当一部分。

如果所有的材料都能在火星上找到,水泥却拿不到,那就太理想了。因此,英国曼彻斯特大学的研究人员研究了一种用于火星混凝土的生物材料,可以在不压迫有效载荷的情况下带到火星。论文发表在材料工程专业杂志《今日材料生物》(Materials Today Bio)9月1日,20265438。

来自生物学的蛋白质具有固定物质的粘合剂的功能。说了这么多,搭载大量火星殖民初期可以提取的牲畜的方法,会产生和搭载水泥一样的有效载荷问题。因此,研究人员从宇航员自己身上寻找粘合材料。那是血液中最丰富的蛋白质,人血清白蛋白。健康成人以氨基酸为原料,每天可产生6 ~ 12克白蛋白。

事实上,白蛋白是从血液中提取的,生物混凝土是由火星模拟土壤制成的。结果表明,其强度达到25 MPa,与普通混凝土相当。研究人员将这种材料命名为“AstroCrete”。

然后从排出的尿液中取出尿素加入到AstroCrete中,强度达到40 MPa,高于普通混凝土。研究人员估计,如果6名宇航员在火星表面生活两年,并提供白蛋白,他们可以生产超过500公斤的AstroCrete。

即使在实验室里可以用血液制造出少量的生物混凝土,但是否真的可以用于火星殖民还是个问题。航天员的生理负担很大,即使事先同意,实际上也会有很大的压力。由于受伤或营养问题,可能无法采集白蛋白。

作为一种替代材料,牛血清白蛋白和人血清白蛋白一样,可以由火星风化层制成混凝土。如果未来牛可以殖民火星,也有可能使用牛白蛋白,山羊和兔子也有同样的功能。可以生产牛奶之类的食物,皮革也可以用来增加火星资源的意义。然而,很难将更大更重的动物添加到有效载荷中。另外,技术上也可以只培养白蛋白,但是需要把培养装置——生物反应器运到火星。

如果能实现一个不太压迫有效载荷的生物反应器,那么鱿鱼的环齿、贻贝、藤壶等结合蛋白的蛋白质都是可以期待的材料。另一种生物材料是蜘蛛丝。本文采用被称为“蜘蛛丝”的蜘蛛丝蛋白作为火星混凝土的粘结材料。像白蛋白一样,火星风化层也可能制造混凝土。到目前为止,国际空间站(ISS)也开展了蜘蛛丝文化的基础研究。在火星殖民时代,这种技术可能会开花结果,成为建筑材料。

也许由人类血液制成的天文混凝土只会停留在实验室里。如果能证明生物材料可以作为宇宙中的建筑材料,那么培育同样的材料比从生活在恶劣环境中的宇航员身上提取血液更有必要。人血清白蛋白可从水稻胚乳中提取,用于医疗。如果这项技术可以应用到宇宙中,那么在火星上的植物工厂里用大米生产食物和混凝土材料也是有可能的。