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火星回程推进剂可就地取材,新方法:带地球微生物去火星制造燃料

2024-11-02 215


发射前往火星的飞船不是问题,如何让飞船载着人类从火星回来才是挑战,必须想办法直接从火星汲取燃料才能达成此愿景,为此,科学家正在开发各种将二氧化碳转化为氧、或将盐水转化出氢的设备。不过最近有人提出另一种“借力”手段:如果将地球微生物带去火星帮忙制造燃料呢?

无论是官方机构 NASA 还是私人公司 SpaceX,都希望能在 10 年内派员前往火星殖民,然而直到现在,载人飞船与火箭回程燃料问题都还未能有效解决:推进剂需要大量甲烷和液氮,但这些关键成分在火星上相当罕见。

虽然 NASA 提出可从火星大气中的二氧化碳生产液态氧,然而甲烷仍需从地球运往火星,如果不能直接在火星上提取燃料,则就算以 NASA 即将推出运载能力最强大的 SLS 火箭,也需发射 4 趟才能将 470 吨有效载荷与额外 30 吨甲烷推进剂送上近地轨道,其中,光运送 30 吨燃料就要耗费 80 亿美元,这种价格放在现实考量下完全不可能推动火星计划。

为了降低成本并挪出有效载荷空间,乔治亚理工学院科学家 Nick Kruyer 团队提出了另一种新方法:利用蓝藻、基改大肠杆菌来生产称为 2,3-丁二醇(2,3-Butanediol,化学式:(CH3CHOH)2)的替代燃料。

2,3-丁二醇这种液体在地球上常用来制造合成橡胶与其他聚合物,如果能提取火星大气中的二氧化碳转化,除了可为火箭提供充足燃料外,还可产生供给其他用途的多余氧气。

首先,需要先在火星布建 4 个足球场面积大小的生物光学反应工厂,蓝藻吸收阳光与来自大气中的二氧化碳、透过酶转化出糖,这些糖再被提取给大肠杆菌以产生 2,3-丁二醇及氧气。

虽然 2,3-丁二醇的燃料效率比甲烷弱,但火星重力仅地球三分之一,因此自火星地表起飞所需能量也较少,我们可灵活设计燃烧不同化学物质的火箭。

团队下一步需证明的是蓝藻能在阳光更微弱、紫外线辐射更高的火星上生活。不过,为了保护火星可能存在的任何微生物,目前 NASA 明文禁止将地球微生物送到另一颗行星,除非生物技术能带来的优势明显比化学过程更胜一筹?

新论文发表在《自然通讯》(Nature Communications)期刊。

  • Microbes Might Make It Easier to Produce Rocket Fuel on Mars
  • Microbes could be used to make rocket fuel on Mars
  • Microbes could help future Mars explorers make rocket fuel and oxygen on the Red Planet

(首图来源:NASA/乔治亚理工学院)

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2021-11-02 18:53:00

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