Бактерії допоможуть будувати та відновлювати міста на Місяці

Будівництво постійних поселень на Місяці сьогодні вже не виглядає фантастикою. Однак транспортування будівельних матеріалів із Землі є надзвичайно дорогим, тому вчені активно шукають способи використання місцевих ресурсів. Новаторське дослідження, проведене науковцями з Індійського інституту науки (IISc), пропонує використовувати бактерії для ремонту будівельних блоків, виготовлених із місячного пилу.

Місячний реголіт — це пухкий шар пилу та каміння, що вкриває поверхню Місяця. Через обмежену кількість справжніх зразків місячного ґрунту дослідники використовують його імітатори для експериментів. Раніше вчені з IISc уже розробили спосіб виготовлення цеглин із таких імітаторів за допомогою земних бактерій Sporosarcina pasteurii. Ці мікроорганізми перетворюють сечовину (яку виробляють як відходи) і кальцій на кристали карбонату кальцію, які при змішуванні з гуаровою камеддю зв'язують частинки реголіту, формуючи міцні цеглини.

Пізніше команда вдосконалила метод, використовуючи спікання — процес нагрівання суміші імітатора реголіту з полівініловим спиртом до надзвичайно високих температур. Цеглини, виготовлені таким чином, виявились міцнішими за ті, що створювалися за допомогою бактерій. Однак в умовах Місяця вони стикаються з серйозними викликами.

«На місячній поверхні температурні зміни можуть бути набагато драматичнішими, що з часом може мати значний вплив», — пояснює Коушік Вішванатан з кафедри механічної інженерії IISc. «Спечені цеглини крихкі. Якщо з'являється тріщина і вона росте, вся конструкція може швидко розпастися».

Місячні будівельні блоки повинні витримувати екстремальні температурні коливання — від +121°C до -133°C протягом місячного дня, а також бомбардування мікрометеоритами та космічними променями. У вакуумі космосу ці фактори можуть призвести до швидкого руйнування будівельних матеріалів.

Саме тому можливість ремонту цеглин безпосередньо на Місяці до того, як конструкція розпадеться, є критично важливою. Дослідники повернулися до ідеї використання Sporosarcina pasteurii, але цього разу не для виготовлення самих цеглин, а для створення герметика, здатного заповнювати тріщини та отвори.

Науковці спікали цеглини з імітатора реголіту, а потім завдавали їм різноманітних пошкоджень — отворів, V-подібних надрізів та напівкруглих виїмок, які зазвичай утворюються внаслідок структурної втоми матеріалу. Потім дослідники наносили на цеглини суміш, яку вони називають «суспензією», що складалася з бактерій Sporosarcina pasteurii, гуарової камеді та імітатора реголіту, і залишали на кілька днів, дозволяючи суспензії проникнути в цеглини та заповнити всі отвори або тріщини.

Бактерії виконали два завдання: по-перше, вони створили карбонат кальцію, який ефективно заповнив тріщини, а по-друге, виробили біополімери, які дозволили суміші з'єднатися з цеглою, знову роблячи її міцною. Команда виявила, що цей метод відновлює від 28% до 54% попередньої міцності цегли на стиск, хоча й не повертає блокам їхню початкову міцність.

«Спочатку ми не були впевнені, чи бактерії зв'яжуться зі спеченою цеглою», — зазначив Алоке Кумар з IISc. «Але ми виявили, що бактерії можуть не лише затвердити суспензію, але й добре прикріплюватися до цієї іншої маси».

Проте успішне проведення експерименту в лабораторії — це одне, а повторення результатів у складних умовах на Місяці — зовсім інше. «Одне з великих питань стосується поведінки цих бактерій у позаземних умовах», — сказав Кумар. «Чи зміниться їхня природа? Чи припинять вони виробляти карбонат? Ці речі все ще невідомі».

Щоб спробувати відповісти на деякі з цих питань, команда пропонує відправити зразок Sporosarcina pasteurii у космос як частину майбутньої місії «Ґаґан'яан», яка стане першою індійською пілотованою космічною місією, що доставить трьох астронавтів за межі Землі вже у 2026 році.

«Якщо це станеться, наскільки нам відомо, це буде перший експеримент такого роду з цим типом бактерій», — підкреслив Вішванатан.

Результати дослідження були опубліковані 27 березня у журналі Frontiers in Space Technologies. Вони відкривають нові горизонти для космічного будівництва та підкреслюють важливість міждисциплінарного підходу до вирішення складних інженерних завдань за межами нашої планети.

Ця технологія може стати одним із наріжних каменів у створенні стійких та довговічних місячних поселень, які людство планує побудувати в найближчі десятиліття. Використання місцевих ресурсів та біологічних процесів не лише зменшить вартість космічних будівельних проєктів, але й дозволить створювати конструкції, здатні до самовідновлення — якість, безцінна для віддалених, автономних колоній у суворих умовах космосу.