تولید آجرهای فضایی برای زندگی در مریخ

به گزارش تی‌ای، انسان‌ها در مورد کشف اسرار عمیق جهان کنجکاو هستند. این کنجکاوی مستلزم توسعه سکونت‌گاه‌های فرازمینی است که شامل ساخت سازه‌های موقت و رصدخانه‌ها برای سازمان‌های فضایی در سراسر جهان است.

مریخ و ماه برای چنین سکونتگاه‌هایی ترجیح داده شده‌اند، زیرا هر دو به زمین نزدیک هستند و با منابع بی‌سابقه‌ای از مواد قابل فرآوری، مانند خاک‌های ریز روی سطوح‌شان شناسایی شده‌اند.

برای اکتشاف فضایی پایدار، سازه‌ها و رصدخانه‌های موقتی باید از منابع موجود در ماه یا مریخ ساخته شوند. "استفاده از منابع درجا"(ISRU) به هر فرآیندی اطلاق می‌شود که از پردازش منابع محلی در طول اکتشاف زیستگاه‌های فرازمینی به منظور کاهش وابستگی به موادی که از زمین آورده می‌شوند، استفاده می‌کند.

با توجه به اهمیت و علاقه روزافزون به ایجاد و تاسیس سکونتگاه‌های انسانی فرازمینی، لازم است که روش‌های مختلفی برای ایجاد سازه‌ها از خاک و سنگ موجود در ماه و مریخ توسعه داده شود، روش‌هایی که در این اجرام آسمانی امکان‌پذیر، مقرون به صرفه و قابل اجرا باشند.

در مطالعه اخیر تیمی از محققان موسسه علوم هند(IISc) با همکاری سازمان تحقیقات فضایی هند(ISRO) روشی پایدار برای ساخت آجر از خاک مریخ با استفاده از باکتری و اوره ایجاد کرده‌اند. از این آجرهای فضایی می‌توان برای ساختن سازه‌های ساختمانی روی مریخ استفاده کرد که می‌تواند اسکان انسان در سیاره سرخ را تسهیل کند.

روش ساخت این آجرهای فضایی در مطالعه‌ای که در مجله PLOS One منتشر شده تشریح شده است.

در این مطالعه آمده است: چالش اصلی در این تلاش در تثبیت ذرات سنگی ریز بدون پیوند در ساختاری با یکپارچگی مکانیکی قابل توجه است. با این هدف، ما در اینجا یک روش ریخته‌گری برای ساخت سازه‌های آجر مانند با استفاده از شبیه‌سازهای خاک ماه و مریخ و یک فرآیند زیست‌کانی‌سازی به نام "MICP" مورد بحث قرار می‌دهیم.

ماده پایه این آجرها ابتدا با مخلوط کردن خاک شبیه‌سازی شده مریخ با یک صمغ موسوم به "صمغ گوار" حاوی یک باکتری به نام "Sporosarcina pasteurii"، اوره و "نیکل کلرید"(NiCl۲) ایجاد می‌شود. این دوغاب را می‌توان در قالب‌هایی با هر شکل دلخواه ریخت و طی چند روز باکتری‌ها اوره را به بلورهای کلسیم کربنات تبدیل می‌کنند. این بلورها همراه با پلیمرهای زیستی ترشح شده توسط میکروب‌ها به عنوان سیمانی عمل می‌کنند که ذرات خاک را در کنار هم نگه می‌دارد.

مزیت این روش کاهش تخلخل آجرها است که با روش‌های دیگر برای تثبیت خاک مریخ به شکل آجر، مشکل است.

صمغِ گوار یا گوارگام(guar gum) یک افزودنی خوراکی است که مصارف بسیار زیادی در صنعت مواد غذایی، دارویی و آرایشی دارد. گوارگام یک فیبر غذایی گرفته شده از نوعی لوبیای خوشه‌ای (گیاه گوار) در هند است و بیشتر در پاکستان و هندوستان و ایالات متحده آمریکا تولید می‌شود.

"آلوکه کومار" دانشیار دپارتمان مهندسی مکانیک در موسسه علوم هند و یکی از نویسندگان ارشد این مطالعه می‌گوید: باکتری‌ها به اعماق منافذ نفوذ می‌کنند و از پروتئین‌های خود برای اتصال ذرات به یکدیگر استفاده می‌کنند، تخلخل را کاهش می‌دهند و منجر به ایجاد آجرهای قوی‌تر می‌شوند.

وی افزود: مطالعه ما افزایش قابل توجهی در مقاومت سازه‌های آجر مانند یکپارچه با شبیه‌سازهای خاک و سنگ مریخ و ماه نشان می‌دهد.

این مطالعه همچنین یک روش ریخته‌گری جدید ارائه کرده است که می‌تواند برای ساخت سازه‌ها با شکل‌های مختلف و همچنین آجرهایی با استحکام ثابت ایده‌آل باشد. یک پلیمر طبیعی(صمغ گوار) به عنوان یک افزودنی و غلظت مناسبی از NiCl۲، روند کلی MICP را تسریع می‌کند و در نتیجه به افزایش استحکام آجرهای فضایی کمک می‌کند.

این گروه تحقیقاتی قبلاً روی ساخت آجر از خاک شبیه‌سازی شده ماه با روشی مشابه کار کرده بودند. با این حال، روش قبلی فقط می‌توانست آجرهای استوانه‌ای را تولید کند، در حالی که روش ریخته‌گری فعلی می‌تواند آجرهایی با اشکال پیچیده را نیز تولید کند.

این روش ریخته‌گری با کمک "کوشیک ویسواناتان" استادیار گروه مهندسی مکانیک در موسسه علوم هند ایجاد شد. علاوه بر این، توسعه این روش برای دربرگرفتن خاک مریخ نیز چالش برانگیز بود.

وی می‌گوید: خاک مریخ حاوی مقدار زیادی آهن است که برای موجودات زنده سمی است. در ابتدا باکتری‌های ما اصلا رشد نمی‌کردند که افزودن نیکل کلرید گامی کلیدی در این فرآیند بود.

اکنون این گروه قصد دارد تأثیر جو مریخ و گرانش کم آن را بر استحکام آجرهای فضایی بررسی کند. جو مریخ ۱۰۰ برابر نازکتر از جو زمین است و حاوی بیش از ۹۵ درصد کربن دی اکسید است که ممکن است به طور قابل توجهی بر رشد باکتری‌ها تأثیر بگذارد.

محققان دستگاهی به نام "شبیه‌ساز اتمسفر مریخ"(MARS) ساخته‌اند که از محفظه‌ای تشکیل شده که شرایط جوی موجود در مریخ را در آزمایشگاه بازتولید می‌کند.

این تیم همچنین یک دستگاه آزمایشی روی یک تراشه ساخته‌اند که هدف آن اندازه‌گیری فعالیت باکتری‌ها در شرایط ریزگرانش است.

"راشمی دیکشیت" یکی از نویسندگان این مطالعه توضیح داد: این دستگاه با در نظر گرفتن قصد ما برای انجام آزمایش‌هایی در شرایط ریزگرانش در آینده نزدیک در حال توسعه است. این تیم با کمک موسسه فضایی هند قصد دارد آجرهای قمری را با چنین دستگاه‌هایی به فضا بفرستد تا بتوانند تأثیر گرانش کم بر رشد باکتری‌ها را مطالعه کنند.

"کومار" می‌گوید: من بسیار هیجان زده هستم که بسیاری از محققان در سراسر جهان به استعمار سیارات دیگر فکر می‌کنند. این امر ممکن است به سرعت اتفاق نیفتد، اما همه فعالانه روی آن کار می‌کنند.

رویکرد بیولوژیکی ذکر شده در این مطالعه، همراه با روش ریخته‌گری جدید و مقیاس‌پذیر آن برای تولید آجرهای فضایی، یک مسیر بالقوه و امیدوارکننده و بسیار پایدار برای استفاده از منابع در محل به منظور ایجاد زیستگاه‌های فرازمینی است.