火星基地缺搭建材料 太空人的血汗與淚水是解答

by:阿雀
5790

若是要搭建火星基地,從地球送水泥過去顯然不是個好主意,因此科學家致力於找尋火星上各種可利用的建築材料,但現在一項研究結果顯示,其實最佳解答可能正是我們自己......

post title

未來火星基地所用的磚塊,或許是以太空人的血汗、眼淚和尿液製造而成。本照攝於今年三月,在瑞士的一間私人學校,八歲的學生們假扮成太空人,進行為期三天的種子發芽實驗,以模擬火星基地上的生命發展過程。

歐新社/達志影像

血汗、眼淚和尿液

根據期刊《今日材料科學:生物》(Materials Today Bio)一篇於本月 13號發表的論文,未來火星上用來蓋基地的磚塊或許可以用太空人的血汗、眼淚和尿液製造而成。

運送一塊磚頭要花費數千萬

這是英國曼徹斯特大學(University of Manchester)團隊的研究,他們嘗試將太空人當成另一種提供資源的新管道,好降低人類旅行到火星所需要耗費的成本,因為即使只是把一塊磚頭送過去,所需金額也「令人望之卻步地昂貴」——必須花上超過 100萬英鎊(折台幣約 3,789萬)。

post title

本照攝於今年 2月20日,為NASA火星探測車毅力號(Perseverance)的導航相機(Navcams)所拍攝的火星全景圖的一部份。

路透社/達志影像

「你不能從石頭中取血」

「諺語『你不能從石頭中取血(註1)』被用來形容無論付出多少心力或努力,基本上都不可能達成的任務,」材料工程師羅伯茲(Aled D. Roberts)和他的團隊在研究中表示:「這個諺語非常適合人類的首次載人火星任務——這可能是人類有史以來最困難、又最挑戰技術的一次努力。」

註1:「you can't get blood from a stone」,除了文中所提及的意思外,通常指某人過於吝嗇、無情,又或是不願配合,因而無法完成別人的請求或要求。

重要卻長期被忽略的資源

研究中提到,利用外星本土的資源,而不是從地球運送物資到那裡,這種方式被稱為「原位資源利用」(in-situ resource utilization,ISRU),然而:「有一個重要卻長期被忽略,而且來自自然的資源——當然,這也可以適用於任何火星載人任務:也就是太空人本身。」

因此,研究團隊將目標放到了人體內的化合物上,最後發現人類血漿所含的蛋白質「白蛋白」(Albumin),與模擬的月球或火星土壤混合後,可以產生類似水泥的物質——研究團隊將這種材料稱之為「AstroCrete」(太空水泥)。

本照為「AstroCrete」的實驗成品,兩者分別混合了模擬的火星及月球土壤。

「從血中取石頭」

其中,「AstroCrete」的抗壓強度(compressive strength)和一般水泥不相上下,但是,當它再加入人類汗液、眼淚、尿液中都有的「尿素」(urea)後,就會變得比普通的水泥還要更堅固,抗壓強度能夠提高約 300%,因此「非常適合在外星環境中進行建築工作」。

研究指出:「大致上而言,太空人體內的人血清白蛋白(human serum albumin,HSA)可以半連續地被提取出來(此處指定期抽血),並和月球或火星的表岩屑(regolith)結合在一起,於是便能重新建構那句諺語——『從血中取石頭』。」

六人、兩年、500公斤

根據實驗團隊的計算,若是以六個太空人為一組,那麼他們將可以在兩年內製造出 500公斤的「AstroCrete」。

而無論是將「AstroCrete」用來強化以火星表岩屑所製成的磚塊,又或是加入堆疊沙袋時所使用的砂漿(註2),一名太空人所製造的量,都足以拓展一定的火星基地範疇,讓基地可以再額外容納一名新人員。

註2:砂漿(mortar),為水、水泥和粗砂的混合物。

本照為混合了模擬火星土壤的「AstroCrete」,研究團隊以 3D列印的方式將其印出,並用這個形狀測試材料的抗壓強度。

「令人血液凝結」

研究成員之一的羅伯茲表示:「這個概念真的令人『血液凝結』(註3)......科學家一直嘗試開發可行的技術,好在火星表面上製造出和水泥相似的物質,但我們從未停下來想過,答案可能一直以來都在我們的體內。」

事實上,動物的血液在歷史中就曾被用作砂漿的添加劑之一,也因此,羅伯茲道:「令人興奮的是,一項太空時代的重大挑戰,或許找到了解決方法——靠的卻是中世紀技術的啟發。」

註3:原文為「blood-curdling」,本為「毛骨悚然」之意,但此處羅伯茲使用了字面雙關意義開玩笑。

低重力和高輻射環境

另一方面,以太空人的血汗為材料卻有著潛在的缺點——研究團隊尚不清楚,若是在低重力和高輻射環境中持續捐血,會不會對人體造成健康的損害。除此之外,目前也不知道人體到底可以承受多大量的血液流失,而這又將如何影響太空人的疲勞程度。

post title

除了血汗、眼淚和尿液,人體的其他資源也有可利用的潛力。本照攝於 2015年12月21日,為美國籍太空人凱利(Scott Kelly),他是國際太空站(ISS)遠征隊「遠征 46」的指揮官。

路透社/達志影像

頭髮、指甲和皮膚細胞的潛力

但即使如此,研究團隊仍舊抱持樂觀態度,他們認為「AstroCrete」最終還是能夠對行星任務有所貢獻,而且他們也有興趣再繼續研究其他的人體資源。

研究指出:「其他的原位(in-situ,註4)人體資源,像是頭髮和指甲(內含「keratin」,即「角蛋白」)、死亡的皮膚細胞(內含「collagen」,即「膠原蛋白」)、黏液、尿液以及糞便,都可以利用它們的物質特性進行開發,以利於早期的外星殖民發展。」

「不幸的是,基於健康和安全疑慮,我們不能在這份研究中深入了解加入人類糞便的(材料)。」

註4:「in-situ」為拉丁片語,字面意思為「在原本的位置」、「在原位上」,於不同領域中有不同的用法。

可能只適用於早期發展

另外,研究中之所以強調是「早期」的外星殖民發展,則是因為「AstroCrete」可能只會成為一個短期的解決方案,一旦基地建立起來以後,或許就不再需要太空人的血汗了。

「我們相信,加入人血清白蛋白的外星表岩屑生物複合材料(extraterrestrial regolith biocomposities,ERBs),可能只會在火星殖民的初期扮演著重要的角色,」研究表示:「在多功能生物反應器(versatile bioreactor,註5)或其他技術成熟後,它終究會被取代掉的。」

註5:生物反應器是利用酶或微生物,在生物體外製造出進行生化反應的場域,多用於生化工程、組織工程等領域。