Ученые придумали способ производства марсианского ракетного биотоплива на Марсе

Произвести такое топливо на Земле и заправить им ракету перед полетом на Красную планету несложно, но вот с заправкой корабля перед обратной дорогой возникают трудности.

Исследователи из Технологического института Джорджии разработали концепцию производства марсианского ракетного топлива на Марсе, которое можно было бы использовать для запуска будущих астронавтов обратно на Землю.

Работа ученых опубликована в журнале Nature Communications.

В процессе биопродукции будут использоваться три природных ресурса красной планеты: углекислый газ, солнечный свет и замороженная вода. Это также будет включать транспортировку двух микробов на Марс.

Первый - цианобактерии (водоросли), которые забирают CO 2 из марсианской атмосферы и используют солнечный свет для создания сахаров. Сконструированная кишечная палочка, которая будет доставлена с Земли, превратит эти сахара в марсианское топливо для ракет и других силовых установок. Марсианский пропеллент, который называется 2,3-бутандиолом, существует в настоящее время, может быть создан кишечной палочкой, а на Земле используется для производства полимеров для производства резины.

В настоящее время планируется, что ракетные двигатели, отправляющиеся с Марса, будут работать на метане и жидком кислороде (LOX). Ни того, ни другого не существует на красной планете, а это означает, что их нужно будет доставить с Земли, чтобы привести космический корабль в действие на орбиту Марса. Этот транспорт стоит дорого: транспортировка необходимых 30 тонн метана и LOX оценивается примерно в 8 миллиардов долларов. Чтобы снизить эту стоимость, НАSA предложило использовать химический катализ для преобразования марсианского углекислого газа в LOX, хотя для этого по-прежнему требуется транспортировка метана с Земли.

В качестве альтернативы исследователи Технологического института Джорджии предлагают биотехнологическую стратегию использования ресурсов in situ (bio-ISRU), которая может производить как пропеллент, так и LOX из CO2.

Ученые заявили, что создание топлива на Марсе с использованием марсианских ресурсов может помочь снизить стоимость миссии. Кроме того, процесс био-ISRU генерирует 44 тонны избыточного чистого кислорода, который можно использовать для других целей, например, для поддержки колонизации человека.

«Углекислый газ - один из единственных ресурсов, доступных на Марсе. Знание о том, что биология особенно хороша в преобразовании CO 2 в полезные продукты, делает его подходящим для создания ракетного топлива», - сказал Ник Крюер, первый автор исследования.

В документе описывается процесс, который начинается с доставки на Марс пластмассовых материалов, которые затем собираются в фотобиореакторы размером с четыре футбольных поля. Цианобактерии будут расти в реакторах посредством фотосинтеза (для чего требуется углекислый газ). Ферменты в отдельном реакторе расщепляют цианобактерии на сахара, которые могут быть введены в кишечную палочку для производства ракетного топлива. Пропеллент будет отделен от ферментационного бульона E. coli с использованием передовых методов разделения.

Исследование команды показало, что стратегия био-ISRU использует на 32% меньше энергии (но весит в три раза больше), чем предложенная стратегия доставки метана с Земли и получения кислорода с помощью химического катализа с использованием химических веществ.

Поскольку гравитация на Марсе составляет лишь треть от того, что ощущается на Земле, исследователи смогли проявить творческий подход, когда они подумали о потенциальных источниках топлива.

«Вам нужно намного меньше энергии для запуска на Марсе, что дало нам возможность рассматривать различные химические вещества, которые не предназначены для запуска ракет на Земле. Мы начали рассматривать способы использовать преимущества низкой гравитации планеты и недостатка кислорода для создания решений, не имеющих отношения к запускам с Земли», - сказала Памела Перальта-Яхья, автор исследования и сотрудник. профессор Школы химии и биохимии и ChBE, который разрабатывает микробы для производства химикатов.

«2,3-бутандиол существует уже давно, но мы никогда не думали об использовании его в качестве топлива. После анализа и предварительного экспериментального исследования мы поняли, что это действительно хороший кандидат», - сказал Вентинг Сан, доцент кафедры Школа аэрокосмической инженерии Даниэля Гуггенхайма, которая занимается топливом.

В настоящее время команда пытается выполнить оптимизацию биологических материалов и материалов, чтобы снизить вес процесса био-ISRU и сделать его легче, чем предлагаемый химический процесс. Например, повышение скорости роста цианобактерий на Марсе уменьшит размер фотобиореактора, что значительно снизит полезную нагрузку, необходимую для транспортировки оборудования с Земли.

«Нам также необходимо провести эксперименты, чтобы продемонстрировать, что цианобактерии можно выращивать в марсианских условиях. Мы начали рассматривать способы использовать преимущества низкой гравитации планеты и недостатка кислорода для создания решений, не имеющих отношения к запускам с Земли», - сказал Реалфф, занимающийся анализом процессов на основе водорослей.

Команда Технологического института Джорджии подчеркивает, что признание различий между двумя планетами имеет решающее значение для разработки эффективных технологий производства ISRU топлива, продуктов питания и химикатов на Марсе. Вот почему в исследовании рассматриваются биологические и материальные проблемы, чтобы внести свой вклад в достижение цели будущего человеческого присутствия за пределами Земли.

«Лаборатория Перальта-Яхья преуспевает в поиске новых интересных приложений для синтетической биологии и биотехнологии, в решении интересных проблем в области устойчивого развития. Применение биотехнологии на Марсе - прекрасный способ использовать ограниченные доступные ресурсы с минимальным количеством исходных материалов», - добавил Крюер.

Ранее Курсор писал, что ученые разрабатывают марсианское топливо для ракет. Американские инженеры предлагают перерабатывать углекислый газ, чтобы помочь будущим покорителям Марса.

Ученые назвали вероятную причину исчезновения воды на Марсе. Ученые озвучили новое предположение, почему Марс стал бесплодной и мертвой планетой.

Ранее Курсор писал, что марсианские пыльные бури сыграли огромную роль в высыхании Красной планеты. Ученые давно подозревали, что Красная планета, которая когда-то была теплой и влажной, как Земля, но потеряла большую часть своей воды.

Астрономы пытаются выяснить причины колебания Марса. Красная планета качается и раскачивается во время вращения, а астрономы пока не могут назвать, что стало причиной этого явления.

Напомним, Курсор писал о том, что на Марсе нашли лучшее место для базы будущей экспедиции Илона Маска. На Марсе нет абсолютно безопасного места для базы. Но команда исследователей определила, где находится лучшее укрытие для будущих марсиан.

Стало известно, что первый космический корабль SpaceX может полететь на Марс через 4 года.

Ученые заявили, что вода на Марсе появилась намного раньше, чем жизнь на Земле. Стало известно, что на Марсе планируют добывать кислород и водород.

Ранее Курсор уже писал, что пустыня Атакама может быть ключом к поиску жизни на Марсе.

Кроме этого, ученые нашли доказательства наличия воды на Марсе, а также создали почву» для выращивания растений на Марсе.

Напомним, что израильские инновации позволят производить кислород с поверхности Луны.