从郑文光的《火星建设者》,到埃隆·马斯克的星舰,火星一直是人类探索太空,星际移民梦想的热点目标。然而再宏大的理想,也需要拆解为一个个的具体技术项目来进行攻关,譬如,我们到了火星,该用什么材料来造基地?在雷德利·斯科特执导的热门科幻电影《火星救援》里,马特·达蒙饰演的宇航员沃特尼在栖息舱里开辟了一块土豆田,靠种小土豆在火星上呆了549个火星日。
不过,如果要容纳一支火星移民科研先遣队,电影中那种小规模的临时基地显然是不够的,而由于昂贵的运输价格,建筑材料几乎不可能从我们的故乡地球带到火星上:迄今为止,将1磅物质送入地球轨道的成本是一万美元左右。很明显,要想在火星上扎根,科研工程人员必须“就地取材”,来搭建大部分居住设施。
近日,新加坡科技设计大学的研究团队发现,可以利用简单的化学方法提取出甲壳素再转化为可用的建筑材料,这种元素在昆虫和甲壳类动物的外骨骼中非常常见。由于繁殖容易,蛋白质含量高,昆虫很可能是早期火星开拓者的主要营养来源,在昆虫被批量制造为营养粉剂等食物后,剩余的甲壳正好“废物利用”。
具体说来,将甲壳素转变成建筑材料的原理并不复杂:先从虾等动物中提取壳聚糖,然后溶解在乙酸中,再和一种火星土壤中存在的矿物质混合起来,制成可用的建筑材料。当然,制造过程中还需要水和其他化学物质,不过理论上这些“辅料”也可以从火星环境中获得,比如水可以从火星土壤下的地下冰中提取,氢氧化钠也可以从火星土壤里提炼,而乙酸则可以由微生物发酵产生——例如食品垃圾。
科研团队成员科哈维尔·费尔南德斯(Javier Fernandez)说:“这种新型材料感觉很像混凝土,但要轻得多。”在实验室中,新加坡科技设计大学的研究团队已经尝试将材料模制成各种几何形状,从圆柱体,立方体到类似一个小火星人的模型,还利用3D打印造出了一个近二十厘米高,类似瓶罐的火星基地模型,不过,这种“甲壳素建筑材料”是否能在火星严苛的环境之中保持坚固性,还需要进一步研究实验来加以测试验证。
除了甲壳素,科研人员找到的另一种“魔性”建筑材料,是真菌。和传统建筑的搭建不同,NASA艾姆斯研究中心(NASA Ames Research Center)近年来正在从事一项研究,试图以真菌作为建筑材料,让整个建筑物“长出来”。真菌通过根状菌丝体吸收营养,吸收的营养越多,菌丝体形成的分支也就越多,最终形成致密的网状结构。
根据选择的菌种类不同,研究人员可以对材料本身的密度和形状进行控制,最终让真菌网状结构办成某种坚固度可靠,阻燃又防水的建筑板材。艾姆斯研究中心科研人员的方案是,首先按照建筑方案生产一个建筑物外壳“模具”,然后在中空的间隙层中填入休眠的真菌和营养原料,再送上火星。抵达后,开始往模具中注水并加热,真菌开始吸收营养并生长,最终变成与“模具”规定外形别无二致的有机材料建筑。
更妙的是,如果建筑遭遇部分损坏,还能通过添加营养原料激发再生长来进行修复;不仅如此,现实版的沃特尼,如果想在火星基地里种小土豆,还可以把建筑结构上生命周期即将结束的真菌材料拆下来,作为农业肥料来用。