В первой части статьи мы обсудили основу для одного из вариантов жизнеобеспечения колонии на Марсе — биореакторы. Ну а во второй части поговорим о том, почему всё это важно, а также о причине того, почему такую систему жизнеобеспечения не слишком уж и активно пытались реализовать. Что же, самое интересное — под катом.
Колония на Марсе — всему голова
Точнее, основная причина того, почему за последние пару десятков лет стали активно развиваться космические технологии и всё, что к ним относится. Путешествие на Марс и основание колонии там часто упоминались в научно-фантастических произведениях. В научно-популярной литературе США и СССР об этом тоже говорили, предполагая, что вот-вот кто-то полетит на Марс. Но как известно, не только не полетели, но ещё и Луну забросили на несколько десятков лет.
Соответственно, биореакторы обращали на себя внимание, но считалось, что они невыгодны экономически. Дело в том, что такая система очень тяжёлая, смысла отправлять её на орбиту или куда-либо ещё на короткое время просто нет. А вот в случае колонии он сразу появляется, поскольку картошку на Красной планете, как в одном НФ-фильме, вероятно, можно выращивать, но только это потребует ещё больших усилий и вложений.
Как известно, один из наиболее активных сторонников полёта на Марс — Илон Маск. Он предлагает основать колонию, отправляя межпланетных путешественников в один конец. Возможно, её жители, развивая инфраструктуру и промышленность по мере возможности, смогут в итоге начать производить топливо для ракет. И тогда начнутся и «челночные» полёты Земля-Марс-Земля. Но до тех пор все эти люди будут зависеть только от себя и того, что они построят.
Так что идея биореакторов здесь как раз может показаться весьма полезной.
CUBES может всё. Ну или почти
NASA в 2017 году основало Center for Utilization of Biological Engineering in Space (CUBES). Членами этого центра являются государственные организации, представители промышленности и научные организации. Все они работают над созданием биосистемы, способной обеспечить колонистов Марса если не всем, то многим.
Система биореакторов, предложенная CUBES, выходит за рамки традиционного жизнеобеспечения и больше ориентирована на производство и использование ресурсов на месте (ISRU). Это уже не просто переработка отходов жизнедеятельности и производство продуктов питания.
Это ещё и производство материалов, таких как биопластики, и терапевтических средств. Эти задачи, что логично, интегрированы с переработкой отходов. При желании комплекс может производить воздух, пригодный для дыхания, хотя об этом, скорее всего, позаботятся физико-химические системы, подобные тем, которые сейчас работают на МКС.
Представители центра выбирают наиболее эффективные и практичные решения для реализации проекта самодостаточного биокомплекса. В основе — идеи MELiSSA, но должным образом доработанные и модифицированные. Так, учёные не планируют просто брать штаммы микроорганизмов и использовать их как есть. Нет, здесь вступает в дело уже и генная инженерия. Совместно с некоторыми стартапами, специализирующимися как раз на этом направлении, центр собирается создать специализированные штаммы. Например, те, что будут производить сахар, жиры или что-то ещё. Помимо производства питательных веществ, продукция системы может быть использована для приготовления блюд с различной текстурой, ароматом и вкусом.
Это большой шаг вперёд. Спирулина в биореакторах MELiSSA имеет вкус болотной ряски (если вы её пробовали, конечно). «То, что едят астронавты, оказывает глубокое влияние на их самочувствие и мотивацию, — сказал Нэнгл. — На первых этапах исследования Марса мы, вероятно, выбрали бы наиболее калорийные продукты, потому что они занимают меньше всего места. Позже мы могли бы перейти к менее калорийным вариантам, которые обеспечивают вкус, свежесть и все те психологические улучшения, которые нужны людям на местах».
В рамках этого направления работы в 2020 году был реализован тестовый проект, в ходе которого учёные использовали бактерию (Cupriavidus necato) для производства сахара (сахарозы), полимеров для пластмасс (полиэфиров) и липохито олигосахаридов. Всё, что было нужно бактериям, — смесь водорода и углекислого газа. В целом всё получилось, а донорами генов штамма, о котором идёт речь выше, стали такие бактерии, как E. coli, B. japonicum и другие.
Сейчас эксперименты продолжаются. CUBES занимается разработкой новых бактерий для эффективного производства полезных вещей, таких как еда, материалы или лекарства. Микроорганизмы можно даже модифицировать, чтобы извлекать различные соединения и металлы из реголита или изменять марсианскую почву, делая её пригодной для выращивания растений.
К сожалению, есть и проблемы. Так, «специализированный» штамм будет эволюционировать, видоизменяться, и в итоге может произойти снижение продуктивности бактерий, которые «захотят» снова стать дикими. Поэтому вариант действий для колонистов — уничтожение «ленивого штамма», а потом забор нового, замороженного штамма Cupriavidus necato для возвращения цикла в рабочее состояние. Один портативный холодильник может хранить такое количество штаммов, что их хватит на пару сотен лет, так что это не проблема.
Ну хорошо, давайте приступим к конкретике
Так вот, система, разработанная CUBES, предназначена для колонии на Марсе. При этом создан и план развития этой системы, которую можно совершенствовать и масштабировать. Команда проекта создала план, исходя из возможного прогноза роста колонии на Марсе.
Первый этап рассчитан на количество колонистов менее 100 человек. Экипаж будет есть в основном еду, привезённую с Земли. Биореакторы дополнят всё это микроэлементами, а также будут поставлять биопластик в небольшом количестве. Аналогичным образом бактерии будут производить небольшой объём лекарств. Этот этап будет чем-то вроде «МКС на стероидах», когда колония ещё не сможет обеспечивать себя сама всем необходимым, но что-то производить уже будет.
Второй этап рассчитан на население свыше 100 человек. Тогда колонисты добавят в систему фотобиореакторы, которые будут поглощать углекислоту, извлечённую из атмосферы Марса, а также получать солнечную энергию. Реакторы будут производить продукты питания, материалы для строительства и т. п. Также колонисты «запустят» бактерии, отвечающие за массовое производство лекарственных препаратов. Активно станут перерабатывать все отходы колонии, а объём отходов будет уже большим.
Ну а третий этап — это уже когда население превысит 10 000 человек, что произойдёт явно нескоро. Вероятно, нас от этого момента отделяет много десятков, а то и сотня лет. Здесь уже будет существовать сельское хозяйство с культурами, модифицированными для выживания в марсианских условиях. Марсианские породы станут перерабатываться бактериями, а уже в эту среду́ колонисты будут высаживать растения. Лекарства по-прежнему планируется производить при помощи бактерий.
Планов, конечно, громадьё, но здесь нужно знать конкретику: энергетические ресурсы колонии в самом начале, объём воды, продуктов питания, количество колонистов и т. п. Как только сам план по созданию колонии на Марсе начнёт реализовываться практически, то и систему CUBES можно будет модифицировать соответствующим образом. Предварительные тесты планируется провести через 3-4 года на земном объекте с участием добровольцев.
