當談到未來太空任務(wù)的計劃時，最重要的方面之一將是本地資源和自動機器人的使用。此過程稱為“現(xiàn)場資源利用”(ISRU)，它減少了任務(wù)組需要預(yù)先發(fā)送或攜帶的設(shè)備和資源。同時，自主機器人可以提前發(fā)送給機組人員，并為他們預(yù)先準備好一切。

但是，可以從地球外的土壤中吸取鐵，然后將其用于3D打印金屬部件的細菌的細菌呢?這就是代爾夫特理工大學的博士候選人本杰明·萊納(Benjamin Lehner)提出的想法。在星期五(11月22日)，他為自己的論文辯護，該論文要求對火星展開一次無任務(wù)任務(wù)，該任務(wù)將使用充滿細菌的生物反應(yīng)器將重膏石轉(zhuǎn)化為可用的金屬。

該提案是Lehrner四年研究的結(jié)果，他在納米技術(shù)和生物學方面都有背景，并且是在ESA和NASA的幫助下進行的。這項研究的目的是找到一種方法，通過創(chuàng)建一個系統(tǒng)來減少任務(wù)的相關(guān)成本，該系統(tǒng)可以創(chuàng)建任務(wù)棲息地，而無需人員或提前派遣補給。

Lehner的計劃要求一種無膠囊的膠囊，其中包含三個組件：流動站，生物反應(yīng)器和3D打印機。流浪者負責執(zhí)行收集凝灰?guī)r的任務(wù)，將其運到生物反應(yīng)器中，然后由一種稱為希瓦氏菌的細菌對它進行處理。這種細菌能夠?qū)⒒鹦堑膅o石轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦(鐵的一種磁性氧化物)，然后可以使用磁鐵將其提取。

然后3D打印機使用一種稱為基于光刻的陶瓷制造(LCM)的技術(shù)將原始磁鐵礦轉(zhuǎn)換成用于建筑的常見金屬部件(螺釘，螺母，鐵板等)。該技術(shù)包括將一種原料(在這種情況下為磁鐵礦粉)暴露于一種光源(激光，微波等)中，該光源融合成熱漿，然后可以逐層沉積以形成所需的形狀。

在生物反應(yīng)器內(nèi)，細菌被喂以微藻，微藻依靠火星大氣中的陽光和二氧化碳來產(chǎn)生養(yǎng)分和氧氣。它們還會產(chǎn)生殘留的有機廢物，第一批進入火星的宇航員將能夠提取這些廢物并將其用作堆肥。最重要的是，Lehner和他的團隊計算出，一個1400升(370加侖)的反應(yīng)堆一年內(nèi)可以產(chǎn)生350公斤(770磅)或磁鐵礦。

隨著時間的流逝，膠囊模塊及其機器人元件將能夠制造建造機組人員棲息地所需的所有硬件。但是，Lehrer和他的團隊預(yù)計可以將包含多個流動站的多個膠囊(配備生物反應(yīng)器和3D打印機)發(fā)送到火星，以組裝所有必要的材料來構(gòu)建火星棲息地。

“ 3.3年后，它將產(chǎn)生超出膠囊內(nèi)容量的鐵。通過將其中一些無人模塊發(fā)送到火星，我們可以在幾年時間內(nèi)生產(chǎn)大量鐵。我們要防止細菌污染地球，因為這可能會阻礙在火星上尋找生命。”

他們確定，針對后一個問題的解決方案是在膠囊的一側(cè)配備可充氣的密封腔，該腔可以安全地存儲3D打印材料。這樣可以確保在地球上生下來的細菌的幫助下制造的組件不會意外地接觸火星環(huán)境，從而防止任何可能的污染。

總而言之，Lehner的工藝比常規(guī)構(gòu)造和其他增材制造(3D打印)技術(shù)具有許多優(yōu)勢。首先，為生物反應(yīng)器提供動力的細菌能夠繁殖，因此它們可以隨著時間的推移補充其數(shù)量。它們還很輕巧，因此易于運輸且價格便宜，并且能夠承受高劑量的輻射。