Освоение Марса — одно из важнейших приоритетов будущей человеческой деятельности в Солнечной системе. Однако желание строить внеземные поселения сталкивается с проблемой логистики. Традиционные методы, например производство обычного цемента или высокотемпературное спекание грунта, требуют больших энергозатрат и сложнейшего оборудования, которое еще предстоит доставить на другую планету.
Решение видят в максимальном использовании местных ресурсов. Марсианский реголит по элементному составу частично схож с земными стройматериалами, но содержит критически мало ключевого компонента — оксида кальция.
Новый подход предлагает обойти это ограничение с помощью биоцементации, или микробиологически индуцированного осаждения карбоната кальция. Это природный процесс: в благоприятных условиях бактерии скрепляют частицы грунта, образуя прочный материал, подобный песчанику. Его прочности и устойчивости к экстремальному марсианскому климату будет достаточно для строительства. Результаты исследования опубликованы в авторитетном научном журнале Frontiers in Microbiology.
Анализ химического состава марсианского реголита, проведенный по данным автоматических миссий, показал: для биоцементации лучше всего подходит кальций. На Марсе его меньше, чем на Земле, но достаточно, если наладить извлечение из местных базальтов.
Авторы исследования выделили два наиболее перспективных биологических механизма. Первый — уреолиз с помощью бактерии Sporosarcina pasteurii, расщепляющей мочевину, источником которой могут стать отходы экипажа. Второй — фотосинтез цианобактерии Chroococcidiopsis, потребляющей атмосферный CO₂.
Ученые предлагают использовать эти микроорганизмы вместе. Выносливая к радиации и засухе Chroococcidiopsis сможет создать защищенную микросреду и производить кислород, что позволит работать более эффективной, но менее устойчивой Sporosarcina pasteurii.
Строительный процесс предлагают полностью автоматизировать. Роботизированные системы с многоосевыми манипуляторами и специальными экструдерами смогут смешивать реголит, бактериальные культуры и питательные растворы, послойно печатая сложные конструкции — купола или стены — прямо на марсианской поверхности. Эта технология может стать не просто способом строительства, но и частью замкнутого цикла жизнеобеспечения. Побочные продукты процесса — кислород от фотосинтеза и аммиак от уреолиза — можно будет использовать для дыхания и в качестве удобрения для марсианских теплиц.
Метод обладает преимуществами для Марса: умеренная температура подходит для реакций, грунт обладает нужными характеристиками, а в качестве реагентов выступят местные минералы и отходы человека.
При этом остаются значительные нерешенные вопросы. Пока не до конца ясно, как поведут себя микроорганизмы в условиях марсианской гравитации и радиации, а также насколько надежными и эффективными окажутся биореакторы в долгосрочной перспективе. Ответы на них станут главной задачей будущих исследований.