Строительство колонии на Марсе может оказаться запредельно дорогим — придётся создавать стройматериалы из того, что найдётся на планете. Британские и норвежские учёные разработали способ получения стройматериалов, который может заставить вас похолодеть от ужаса или решить, что кто-то сошёл с ума — из смеси инопланетной пыли с человеческими выделениями и кровью астронавтов. Как это сделать? Читайте в нашей статье.
В опубликованной 10 сентября 2021 года научной работе исследователи предлагают использовать в качестве связующего компонента «космического цемента» смесь белка из человеческой крови с мочой, потом или слезами. Она склеивает частицы пыли моделированного лунного или марсианского грунта. В результате получается материал, который прочнее обыкновенного бетона и пригоден для строительства на других планетах.
Из стоимости доставки материалов с Земли вытекает необходимость создания технологий применения местных ресурсов (ISRU, in-situ resource utilization). Такой подход подразумевает использование марсианского грунта или реголита, а также залежей водного льда. Однако исследователям раньше не приходило в голову использование ещё одного ресурса, который доступен в пилотируемых миссиях на Марс — человеческого.
В исследовательской работе продемонстрировано, что прочность на сжатие цемента с использованием в качестве связующего агента альбумина — белка из плазмы человеческой крови — составляет 25 мегапаскалей. У обычного бетона эта величина равна 20–32 мегапаскалям. Добавление к смеси мочевины, которая содержится в таких биологических жидкостях, как моча, пот и слёзы, повышает прочность материала до 40 мегапаскалей. Это уже намного выше, чем у бетона. Большое содержание в мочевине лёгких атомов положительно сказывается и на радиационной защите (элементы с небольшой атомной массой лучше поглощают нейтронное и β-излучение). Учёные даже присвоили новому материалу название — AstroCrete.
Прочность «кровяного бетона» обеспечивается за счёт денатурации белков: распрямляясь в водном растворе при температуре 60 градусов Цельсия, эти молекулы формируют надмолекулярные структуры, которые называются β-листами. Учёные отмечают, что механизмом сцепления они напоминают паучий шёлк. После испарения воды из цементного раствора β-листы связываются с частицами грунта и прочно удерживают их вместе. Кроме того, такой материал хорошо сцепляется со стеклом.
Авторы исследования рассматривают в качестве альтернативных подходов использование альбумина из коровьей крови, а также синтетического и натурального паучьего шёлка. По мнению учёных, недостатки таких методов перевешивают преимущества. Идея доставить корову на Марс и поддерживать её жизнедеятельность кажется авторам ещё абсурднее, чем делать цемент из человеческой крови. Технологии производства синтетического паучьего шёлка в необходимых количествах пока не существует, а создать марсианскую паучью ферму для сбора натурального шёлка сложно. Процедуру сбора у колонистов плазмы, аналогичную сдачи донорской крови, можно проводить несколько раз в неделю. Человеческий организм быстро компенсирует потери, производя от 12 до 25 граммов альбумина в сутки.
Авторы работы подсчитали, что за двухлетнюю миссию экипаж из шести человек произведёт до 500 килограммов высокопрочного AstroCrete. Если использовать его как строительный раствор для кладки из мешков с песком или обожжённых кирпичей из марсианского грунта, то каждый член экипажа выработает достаточно материала на расширение постройки для ещё одного человека. То есть, после каждой миссии можно удваивать численность экспедиции. А снаружи такие постройки можно покрывать замороженными человеческими фекалиями вместо шпатлёвки.
Кроме того, в исследовании продемонстрирована возможность применения AstroCrete в 3D печати. Хотя у авторов и не было настоящего 3D принтера, они сумели воспроизвести его работу с помощью подручных средств. Иными словами, учёные вручную послойно нанесли строительную смесь на подложку, просто выдавливая её из медицинского шприца. Исследователи дали «напечатанному» таким образом изделию просохнуть, а затем подвергли его испытанию на сжатие. Полая конструкция высотой 2 сантиметра выдержала нагрузку в 61 килограмм. Внешний вид изделия и ход нагрузочных испытаний показан на изображении.
Манчестерские учёные полагают, что механическую прочность AstroCrete можно повысить подбором оптимальной концентрации компонентов и температуры, при которой схватывается «кровяной бетон». Непонятно, какие сложности ожидают на Марсе астронавтов, которые решили построить себе таким образом жильё. Авторы исследования, тем не менее, считают его ценным: даже если такой метод и непригоден для масштабного строительства на других планетах, знание того, что из крови, мочи и реголита (здесь можно вспомнить фразеологизм «из говна и палок») возможно изготовить достаточно прочную строительную смесь и экстренно подлатать ею повреждённый модуль космической базы, может спасти чью-то жизнь.
Люди уже использовали кровь в качестве связующего компонента цементной смеси. Правда это было во времена Средневековья, а применялась тогда кровь животных. Воображение рисует весьма дистопичные варианты будущего, если эта технология найдёт применение в строительстве на Земле. Ни братья Вачовски в «Матрице», ни Кристофер Нолан в «Марсианине» до такого не додумались. Всё новое — это хорошо забытое старое?
Автор: Дмитрий Логинов
Источник: sciencedirect.com
