火星回程推進劑可就地取材,新方法:帶地球微生物去火星製造燃料

作者 | 發布日期 2021 年 11 月 02 日 9:08 | 分類 天文 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


發射前往火星的飛船不是問題,如何讓飛船載著人類從火星回來才是挑戰,必須想辦法直接從火星汲取燃料才能達成此願景,為此,科學家正在開發各種將二氧化碳轉化為氧、或將鹽水轉化出氫的設備。不過最近有人提出另一種「借力」手段:如果將地球微生物帶去火星幫忙製造燃料呢?

無論是官方機構 NASA 還是私人公司 SpaceX,都希望能在 10 年內派員前往火星殖民,然而直到現在,載人飛船與火箭回程燃料問題都還未能有效解決:推進劑需要大量甲烷和液氮,但這些關鍵成分在火星上相當罕見。

雖然 NASA 提出可從火星大氣中的二氧化碳生產液態氧,然而甲烷仍需從地球運往火星,如果不能直接在火星上提取燃料,則就算以 NASA 即將推出運載能力最強大的 SLS 火箭,也需發射 4 趟才能將 470 噸有效載荷與額外 30 噸甲烷推進劑送上近地軌道,其中,光運送 30 噸燃料就要耗費 80 億美元,這種價格放在現實考量下完全不可能推動火星計畫。

為了降低成本並挪出有效載荷空間,喬治亞理工學院科學家 Nick Kruyer 團隊提出了另一種新方法:利用藍藻、基改大腸桿菌來生產稱為 2,3-丁二醇(2,3-Butanediol,化學式:(CH3CHOH)2)的替代燃料。

2,3-丁二醇這種液體在地球上常用來製造合成橡膠與其他聚合物,如果能提取火星大氣中的二氧化碳轉化,除了可為火箭提供充足燃料外,還可產生供給其他用途的多餘氧氣。

首先,需要先在火星布建 4 個足球場面積大小的生物光學反應工廠,藍藻吸收陽光與來自大氣中的二氧化碳、透過酶轉化出糖,這些糖再被提取給大腸桿菌以產生 2,3-丁二醇及氧氣。

雖然 2,3-丁二醇的燃料效率比甲烷弱,但火星重力僅地球三分之一,因此自火星地表起飛所需能量也較少,我們可靈活設計燃燒不同化學物質的火箭。

團隊下一步需證明的是藍藻能在陽光更微弱、紫外線輻射更高的火星上生活。不過,為了保護火星可能存在的任何微生物,目前 NASA 明文禁止將地球微生物送到另一顆行星,除非生物技術能帶來的優勢明顯比化學過程更勝一籌?

新論文發表在《自然通訊》(Nature Communications)期刊。

(首圖來源:NASA/喬治亞理工學院

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