Создание марсианского ракетного биотоплива на Марсе


Исследователи из Технологического института Джорджии разработали концепцию создания марсианского ракетного топлива на Марсе, которое можно было бы использовать для запуска будущих астронавтов обратно на Землю.

В процессе биопроизводства будут использоваться три природных ресурса красной планеты: углекислый газ, солнечный свет и замороженная вода. Это также будет включать транспортировку двух микробов на Марс. Первыми будут цианобактерии (водоросли), которые потребляют CO2 из марсианской атмосферы и 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 для производства резины.

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 привести космический корабль в действие на орбиту Марса. Этот стоит дорого: транспортировка необходимых 30 тонн метана и LOX оценивается примерно в 8 миллиардов долларов. Чтобы снизить эту стоимость, НАСА 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 in situ (bio-ISRU), которая может производить как пропеллент, так и LOX из CO.2. 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.


«Двуокись углерода – один из единственных ресурсов, доступных на Марсе. Зная, что особенно хороша в преобразовании CO2 в полезные продукты, что делает его подходящим для создания ракетного топлива », – сказал Ник Крюер, первый автор исследования и недавний доктор философии Школы химической и биомолекулярной инженерии (ChBE) Технологического института Джорджии.

В документе описывается процесс, который начинается с доставки на 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 E. coli 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 получения кислорода с помощью химического катализа с использованием химических веществ.

Поскольку гравитация на Марсе составляет лишь треть от того, что ощущается на Земле, исследователи смогли проявить творческий подход, когда они подумали о потенциальных источниках топлива.

«Вам нужно намного меньше энергии для запуска на Марсе, что дало нам возможность рассматривать различные химические вещества, не предназначенные для запуска ракет на Земле», – сказала Памела Перальта-Яхья, автор исследования и сотрудник. профессор Школы химии и биохимии и ChBE, который разрабатывает микробы для производства химикатов. «Мы начали рассматривать способы использования более низкой гравитации планеты и недостатка кислорода для создания решений, которые не имеют отношения к запускам с Земли».