當(dāng)談到未來(lái)太空任務(wù)的計(jì)劃時(shí)，最重要的方面之一將是本地資源和自動(dòng)機(jī)器人的使用。此過(guò)程稱為“現(xiàn)場(chǎng)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(shí)，自主機(jī)器人可以提前發(fā)送給機(jī)組人員，并為他們預(yù)先準(zhǔn)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(xì)菌的細(xì)菌呢?這就是代爾夫特理工大學(xué)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(hù)，該論文要求對(duì)火星展開(kāi)一次無(wú)任務(wù)任務(wù)，該任務(wù)將使用充滿細(xì)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(xué)方面都有背景，并且是在ESA和NASA的幫助下進(jìn)行的。這項(xiàng)研究的目的是找到一種方法，通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)系統(tǒng)來(lái)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(wú)需人員或提前派遣補(bǔ)給。

Lehner的計(jì)劃要求一種無(wú)膠囊的膠囊，其中包含三個(gè)組件：流動(dòng)站，生物反應(yīng)器和3D打印機(jī)。流浪者負(fù)責(zé)執(zhí)行收集凝灰?guī)r的任務(wù)，將其運(yùn)到生物反應(yīng)器中，然后由一種稱為希瓦氏菌的細(xì)菌對(duì)它進(jìn)行處理。這種細(xì)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(jī)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(jiàn)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(xì)菌被喂以微藻，微藻依靠火星大氣中的陽(yáng)光和二氧化碳來(lái)產(chǎn)生養(yǎng)分和氧氣。它們還會(huì)產(chǎn)生殘留的有機(jī)廢物，第一批進(jìn)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(tuán)隊(duì)計(jì)算出，一個(gè)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(shí)間的流逝，膠囊模塊及其機(jī)器人元件將能夠制造建造機(jī)組人員棲息地所需的所有硬件。但是，Lehrer和他的團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)可以將包含多個(gè)流動(dòng)站的多個(gè)膠囊(配備生物反應(yīng)器和3D打印機(jī))發(fā)送到火星，以組裝所有必要的材料來(lái)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(guò)將其中一些無(wú)人模塊發(fā)送到火星，我們可以在幾年時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)大量鐵。我們要防止細(xì)菌污染地球，因?yàn)檫@可能會(huì)阻礙在火星上尋找生命。”

他們確定，針對(duì)后一個(gè)問(wèn)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(chǔ)3D打印材料。這樣可以確保在地球上生下來(lái)的細(xì)菌的幫助下制造的組件不會(huì)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(shì)。首先，為生物反應(yīng)器提供動(dòng)力的細(xì)菌能夠繁殖，因此它們可以隨著時(shí)間的推移補(bǔ)充其數(shù)量。它們還很輕巧，因此易于運(yùn)輸且價(jià)格便宜，并且能夠承受高劑量的輻射。