Устранение трещин в космических кирпичах с помощью бактерий

Кирпичи с искусственно созданными дефектами, а также кирпичи, отремонтированные с помощью бактериальной суспензии. Автор: Amogh Jadhav

Исследователи из Индийского института науки (IISc) разработали бактериальную технологию ремонта кирпичей, которые можно использовать для строительства лунных жилищ, если они будут повреждены в суровых условиях Луны.

Будущие лунные экспедиции больше не планируются как просто пролетные миссии. Например, программа NASA Artemis стремится создать постоянное место обитания на Луне. Чтобы сократить расходы, вместо того, чтобы везти материалы с Земли, астронавтам придется использовать обильный лунный грунт или «реголит» — сложную смесь сломанных минералов и камней — для строительства сооружений на месте.

Несколько лет назад исследователи кафедры машиностроения (ME) IISc разработали технологию, которая использует почвенную бактерию Sporosarcina pasteurii для строительства кирпичей из имитаторов лунной и марсианской почвы. Бактерия преобразует мочевину и кальций в кристаллы карбоната кальция, которые вместе с гуаровой камедью склеивают частицы почвы, создавая материалы, похожие на кирпичи. Этот процесс является экологически чистой и недорогой альтернативой использованию цемента.

Впоследствии группа также исследовала спекание — нагревание уплотненной смеси имитатора почвы и полимера, называемого поливиниловым спиртом, до очень высоких температур — для создания гораздо более прочных кирпичей.

«Это один из классических способов изготовления кирпичей», — объясняет Алоке Кумар, доцент ME и соавтор исследования. «Он делает кирпичи очень высокой прочности, более чем достаточной даже для обычного жилья». Спекание — легко масштабируемый процесс: в печи можно производить несколько кирпичей одновременно.

Но лунная поверхность чрезвычайно суровая — температура может колебаться от 121°C до -133°C за один день, и она постоянно подвергается бомбардировке солнечными ветрами и метеоритами. Это может вызвать трещины в этих кирпичах, ослабляя конструкции, построенные с их использованием.

«Изменения температуры могут быть гораздо более резкими на поверхности Луны, что может со временем оказать существенное влияние», — объясняет соавтор статьи, доцент МЭ Кошик Вишванатан. «Спеченные кирпичи хрупкие. Если у вас есть трещина и она растет, вся конструкция может быстро развалиться».

Чтобы решить эту проблему, команда снова обратилась к бактериям.

В новом исследовании они создали различные типы искусственных дефектов в спеченных кирпичах и залили в них суспензию, приготовленную из S. pasteurii, гуаровой камеди и имитатора лунного грунта. Работа опубликована в журнале Frontiers in Space Technologies.

В течение нескольких дней шлам проникал в дефекты, и бактерия производила карбонат кальция, который заполнял их. Бактерия также производила биополимеры, которые действовали как клеи, прочно связывая частицы почвы с остаточной структурой кирпича, тем самым восстанавливая большую часть утраченной прочности кирпича. Этот процесс может предотвратить необходимость замены поврежденных кирпичей новыми, продлевая срок службы построенных конструкций.

«Изначально мы не были уверены, привяжутся ли бактерии к спеченному кирпичу», — говорит Кумар. «Но мы обнаружили, что бактерии могут не только затвердевать взвесь, но и хорошо прилипать к этой другой массе». Армированные кирпичи также могли выдерживать температуры в диапазоне от 100°C до 175°C.

«Один из главных вопросов касается поведения этих бактерий во внеземных условиях», — говорит Кумар. «Изменится ли их природа? Прекратят ли они [производить карбонат]? Эти вещи пока неизвестны».

В настоящее время команда работает над предложением отправить образец S. pasteurii в космос в рамках миссии Gaganyaan, чтобы проверить их рост и поведение в условиях микрогравитации. Вишванатан говорит: «Если это произойдет, насколько нам известно, это будет первый эксперимент такого рода с этим типом бактерий».

Больше информации: Nitin Gupta et al, Bacterial bio-cementation can repair space bricks, Frontiers in Space Technologies (2025). DOI: 10.3389/frspt.2025.1550526

Источник: Indian Institute of Science