火星计划：携带生物反应器和3D打印机的漫长旅行
一项载人火星计划将持续3年，并需要承载上吨重的货物。目前研究家们已经预估出如何能让载重变轻：微生物和3D打印机可生产烧酒和食物。 要想持久的生活下去的人可以争取飞往火星。在飞往火星的漫长旅程中，所有垃圾和废水百分之百的回收率是绝对必要的。此外，飞行员还必须利用火星上所有可使用的资源，比如氧气。 合成生物学为有效利用紧缺资源提供了最好的可能。转基因的微生物可从宇宙飞船上制造的废水中生产，原材料可使用喷头的推进剂和餐盘里的蛋白。在英国皇家学会期刊《交界》专刊中，科学家们详细演算了飞船上和火星空间站上的物质循环。 来自伯克利加利福尼亚大学的阿莫尔梅内塞斯说：“火星计划会有很多挑战”。宇宙中每千克的有效载荷就要考虑到99千克的火箭质量和推进剂质量。此外还有考虑到这个任务的长期性。他说：“我们建议用增加新生物投入的办法来解决这个问题”。 反应器生产的推进剂 飞往火星的旅程将持续210天。在接下来的大约400天中飞行员们必须生活在这个红色星球上，直到火星与地球的方位条件又一次允许210天的回程。梅内塞斯和他的同事们认真地计算了在这次长时间的飞行过程中会产生多少二氧化碳、小便和废水。仅仅去火星的单程6个人就会呼出1.3吨的二氧化碳、制造1.9吨小便和3吨其他的废水。 理论上人们可以把废水和废气从船舱扔到太空。但是这些废水和废气必须被回收利用，这样才不至于使飞船的有效载荷变很大、计划费用增很多。二氧化碳和小便里含有的氮、氢、氧既可以用来制造出推进剂、食物、生物聚合物也可以用来制造出医疗用品。 梅内塞斯说：“在太空里生产药品尤为重要”。由于宇宙射线的关系，太空里的药品要比在地球上老化得快。因此这些药品只能按需要在飞船里进行生产。梅内塞斯让我们想起一个不久前已经完成的实验，在这个实验上改良的藻青菌合成了止痛药扑热息痛。 飞行员们因此可以把克隆的不同微生物用铅罐装着带到飞船上。铅能抵挡宇宙中的射线，人们按需要把微生物从铅罐中取出并放入生物反应器中就可以完成杰作。 火箭的总质量：8.5吨 停留在火星400天中，宇航员们当然也必须利用一切可以利用的资源-一些从火星极冠的大气层和冰中提取的氮气和二氧化碳。仅仅启动回程就需要非常多的推进剂，这些推进剂都必须立马合成出来。梅内塞斯说：“如果进行一些挖掘，卫星上应该有氨气和水蒸气形态的二氧化碳和氮气可使用”。 据他的团队预算，小的生物反应器可以明显减小火星旅程的有效载荷。食物的总重量可从3.5-3.8吨降到只有2.3吨。这些反应器将生产干制生物质，植物种植将根本不需要了。 据梅内塞斯，3D打印器在其中也扮演了重要角色。有了它就可以按需生产火星基本建设所需建造物品和替代物品。这些作为打印材料使用的生物聚合物同样也是从生物反应器中生产出来的。去火星旅行的人们只需要带着1.6吨的建设原材料去打印火星基地，而不是像估计的那样需要带11.4吨。 梅内塞斯称，如果所有这些使用合成生物的想法可以实现，火星航天器的总质量将大约是8.5吨。美国国家航空局NASA和航空航天巨头洛克希德马丁公司已经一起就技术上的计划进行了苦苦思索。据称，这次货运和载人的运输船将被命名为“奥莱恩”。第一次无人测试飞行计划于11月初进行。 |
