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火星上的房子會是宇航員“血和尿”的結晶嗎?英國科學家找到壹種方法

為了建造住宅作為未來載人探索和殖民火星的生活基地,正在研究以火星表層土(風化層)為材料制作類似混凝土的建築材料。利用風化層制作混凝土需要粘合材料,但在火星上很難得到。英國曼徹斯特大學的研究人員想出了壹種方法,利用宇航員血液中的蛋白質和從尿液中獲得的尿素作為粘合材料。據說可以獲得比普通混凝土更高的抗壓強度。

當載人探索火星和未來殖民火星成為可能,我們應該如何獲取人類居住的材料?從成本上看,從地球上運輸混凝土和鐵的方法是不現實的。如果把建築材料從地球送到火星,估計哪怕壹塊磚也要1000多萬元。

如果火星上現有的材料可以用於建築,運輸問題就解決了。在月球上,利用沙子、灰塵等月球表面風化層的月球混凝土,在低溫下加熱固化風化層粉末的“風化層燒結材料”正在研究中。但是真空制作混凝土比較困難,需要大量的能量來燒結風化層,各有利弊。

目前科學家也在研究火星風化層制成的建築材料。美國國家航空航天局正在開發利用3d打印機制造風化建築材料的技術,但從目前的研究來看,粘合材料必須從地球上運輸,這將占據可運輸到火星的材料重量的相當壹部分。

如果所有的材料都能在火星上找到,水泥卻拿不到,那就太理想了。因此,英國曼徹斯特大學的研究人員研究了壹種用於火星混凝土的生物材料,可以在不壓迫有效載荷的情況下帶到火星。論文發表在材料工程專業雜誌《今日材料生物》(Materials Today Bio)9月1日,20265438。

來自生物學的蛋白質具有固定物質的粘合劑的功能。說了這麽多,搭載大量火星殖民初期可以提取的牲畜的方法,會產生和搭載水泥壹樣的有效載荷問題。因此,研究人員從宇航員自己身上尋找粘合材料。那是血液中最豐富的蛋白質,人血清白蛋白。健康成人以氨基酸為原料,每天可產生6 ~ 12克白蛋白。

事實上,白蛋白是從血液中提取的,生物混凝土是由火星模擬土壤制成的。結果表明,其強度達到25 MPa,與普通混凝土相當。研究人員將這種材料命名為“AstroCrete”。

然後從排出的尿液中取出尿素加入到AstroCrete中,強度達到40 MPa,高於普通混凝土。研究人員估計,如果6名宇航員在火星表面生活兩年,並提供白蛋白,他們可以生產超過500公斤的AstroCrete。

即使在實驗室裏可以用血液制造出少量的生物混凝土,但是否真的可以用於火星殖民還是個問題。航天員的生理負擔很大,即使事先同意,實際上也會有很大的壓力。由於受傷或營養問題,可能無法采集白蛋白。

作為壹種替代材料,牛血清白蛋白和人血清白蛋白壹樣,可以由火星風化層制成混凝土。如果未來牛可以殖民火星,也有可能使用牛白蛋白,山羊和兔子也有同樣的功能。可以生產牛奶之類的食物,皮革也可以用來增加火星資源的意義。然而,很難將更大更重的動物添加到有效載荷中。另外,技術上也可以只培養白蛋白,但是需要把培養裝置——生物反應器運到火星。

如果能實現壹個不太壓迫有效載荷的生物反應器,那麽魷魚的環齒、貽貝、藤壺等結合蛋白的蛋白質都是可以期待的材料。另壹種生物材料是蜘蛛絲。本文采用被稱為“蜘蛛絲”的蜘蛛絲蛋白作為火星混凝土的粘結材料。像白蛋白壹樣,火星風化層也可能制造混凝土。到目前為止,國際空間站(ISS)也開展了蜘蛛絲文化的基礎研究。在火星殖民時代,這種技術可能會開花結果,成為建築材料。

也許由人類血液制成的天文混凝土只會停留在實驗室裏。如果能證明生物材料可以作為宇宙中的建築材料,那麽培育同樣的材料比從生活在惡劣環境中的宇航員身上提取血液更有必要。人血清白蛋白可從水稻胚乳中提取,用於醫療。如果這項技術可以應用到宇宙中,那麽在火星上的植物工廠裏用大米生產食物和混凝土材料也是有可能的。