В настоящее время планируется, что ракетные двигатели, отправляющиеся с Марса, будут работать на метане и жидком кислороде (LOX). Ни того, ни другого не существует на красной планете, а это означает, что их нужно будет доставить с Земли, чтобы помочь космическим кораблям выйти на орбиту Марса. Этот транспорт стоит дорого: транспортировка необходимых 30 тонн метана и LOX оценивается примерно в 8 миллиардов долларов. Чтобы снизить эту стоимость, NASA предложило использовать химический катализ для преобразования марсианского углекислого газа в LOX, хотя для этого по-прежнему требуется транспортировка метана с Земли.
В качестве альтернативы исследователи Технологического института Джорджии предлагают биотехнологическую стратегию использования ресурсов на месте (bio-ISRU), которая может производить как пропеллент, так и LOX из CO2. Исследователи говорят, что создание топлива на Марсе с использованием марсианских ресурсов может помочь снизить стоимость миссии. Кроме того, процесс био-ISRU генерирует 44 тонны избыточного чистого кислорода, который можно использовать для других целей, например, для поддержки колонизации человека.
Исследователи из Технологического института Джорджии разработали концепцию создания топлива на Марсе, которое было бы пригодно для запуска будущих астронавтов обратно на Землю.
В процессе биопроизводства будут использоваться три природных ресурса красной планеты: углекислый газ, солнечный свет и замороженная вода. Важный этап для начала процесса — транспортировка двух микробов на Марс. Первыми будут цианобактерии (водоросли), которые заберут CO2 из марсианской атмосферы и будут использовать солнечный свет для создания сахаров. Сконструированная кишечная палочка, которая будет доставлена с Земли, превратит эти сахара в марсианское топливо для ракет и других силовых установок. Марсианский пропеллент, который называется 2,3-бутандиолом, существует в настоящее время, может быть создан кишечной палочкой, а на Земле используется для производства полимеров и резины.
Процесс был подробно описан в статье опубликованной в журнале Nature Communications. В документе описывается процесс, который начинается с доставки на Марс пластиковых материалов, которые затем собираются в фотобиореакторы размером с четыре футбольных поля. Цианобактерии будут расти в реакторах посредством фотосинтеза (для чего требуется углекислый газ). Ферменты в отдельном реакторе расщепляют цианобактерии на сахара, которые можно подавать в кишечную палочку для производства ракетного топлива. Пропеллент будет отделен от ферментационного бульона с использованием передовых методов разделения.
Исследование команды показало, что стратегия био-ISRU использует на 32% меньше энергии (но весит в три раза больше), чем предлагаемая стратегия доставки метана с Земли и производства кислорода с помощью химического катализа с использованием химических веществ.
Теперь команда пытается выполнить оптимизацию биологических материалов, чтобы снизить вес установки био-ISRU и сделать его легче, чем предлагаемая химическая система. Например, повышение скорости роста цианобактерий на Марсе уменьшит размер фотобиореактора, что значительно снизит полезную нагрузку, необходимую для транспортировки оборудования с Земли.
Исследователи подчеркивают, что признание различий между двумя планетами имеет решающее значение для разработки эффективных технологий производства ISRU топлива, продуктов питания и химикатов на Марсе. Вот почему в исследовании рассматриваются биологические и материальные проблемы, чтобы внести свой вклад в достижение цели будущего человеческого присутствия за пределами Земли.
