新研究详细介绍了在火星上生产火箭燃料的生物解决方案，但需要克服重大障碍才能使这个有趣的想法发挥作用。
美国宇航局计划在未来十年访问火星，仍在整理燃料情况;向这颗红色星球发射火箭不是问题——它是让车辆离开地表返回家园，这是一个挑战。生产所需的推进剂需要大量的甲烷和液氮，但火箭燃料的这些关键成分在火星上与燃料精炼厂一样罕见。
Nature Communications 上发表的一项新研究估计，将所需的 30 吨甲烷和液氧运送到火星需要 80 亿美元。这只是一次发射，有效载荷为 500 吨!在美国宇航局创新先进概念计划的财政支持下，这篇新论文的作者提出了一个非常不同的解决方案，其中生产推进剂所需的关键成分可以直接从这颗红色星球上采购。
这些成分包括二氧化碳、冷冻水和阳光。蓝藻，也称为蓝绿藻，以及一种生物工程大肠杆菌菌株，以及建造大量光生物反应器所需的材料，将从地球带到火星。这项新研究的第一作者、佐治亚理工学院化学与生物分子工程学院的研究员尼克·克鲁耶 (Nick Kruyer) 及其同事概述了一种生产策略，在该策略中，蓝藻在阳光和二氧化碳的驱动下产生糖，大肠杆菌然后转化为可行的推进剂。
研究人员认为，这种火箭燃料被称为 2,3-丁二醇，它不是有史以来发明的能量最高的推进剂，但在火星上相对低重力的环境中，这种火箭燃料将完成任务。作为一种化合物，2,3-丁二醇已经广为人知，因为它用于生产橡胶，但科学家们直到现在才想过将其用作推进剂。
其他科学家认为甲烷是唯一的解决方案，“因为它是一种高能燃料，可以从火星上丰富的二氧化碳通过化学方法制成，”该研究的合著者和佐治亚理工学院化学与生物化学学院副教授在一封电子邮件中向 Gizmodo 解释道。“这篇论文的一个关键见解是，可以考虑使用更广泛的化学物质作为推进剂，因为火星的重力只有地球的三分之一——所以你可以使用能量密度较低的火箭推进剂。”
运往火星的塑料材料将组装成四个足球场大小的光生物反应器阵列。光合作用和二氧化碳可以促进蓝藻的生长，而单独反应器中的酶会将微生物分解成糖。正如克鲁耶在一份新闻稿中指出的那样，“生物学特别擅长将二氧化碳转化为有用的产品”，使其“非常适合制造火箭燃料”。该论文称，在大肠杆菌阶段，推进剂与发酵液的分离将导致 95% 的纯度。
火星火箭推进剂的生物生产需要比 NASA 提议的化学解决方案少 32% 的能量——即向火星运送大量甲烷的计划。它将产生 44 吨多余的清洁氧气，供宇航员充分利用。更重要的是，提议的化学溶液会产生一氧化碳作为副产品，“需要对其进行洗涤，”Peralta-Yahya 说。“设想了水电解，但这种化学......战略处于较低的技术准备水平，”她补充道。
科学家们说，至于降低这项工作的总体成本，这不太明显，因为这种解决方案需要比提议的化学策略高 2.8 倍的有效载荷质量。这很重要。研究人员将需要减轻设备的重量，例如最小化光生物反应器的尺寸。
Peralta-Yahya 解释说，也就是说，新论文的“关键贡献”是“确定可实现的”优化解决方案，以减少有效载荷质量，同时使用的功率比 NASA 的甲烷计划少 59%。“此类优化包括提高低温下蓝藻的生长速度，这将导致蓝藻养殖场更小，”她补充道。
佐治亚理工学院工程师和研究合著者马修雷尔夫说，该团队需要进行实验以证明蓝藻实际上可以在火星上生长。他在一封电子邮件中解释说，该团队需要“考虑火星上太阳光谱的差异，这既是由于与太阳的距离，又是缺乏对阳光的大气过滤”，同时还要记住“高紫外线水平可能会损害蓝藻。”
研究人员还需要警惕我们的微生物污染火星。安全地控制蓝藻和大肠杆菌将是确保天体生物学家能够在不受地球生物干扰的情况下继续寻找火星上过去生命迹象的必要步骤。
美国宇航局目前的行星保护指南明确禁止将微生物发送到另一颗行星的表面，但正如 Peralta-Yahya 解释的那样，“火星上的生物技术应用有可能比化学过程提供明显的优势。”为了确保他们的解决方案安全，该团队将开发和测试许多遏制策略，例如物理屏障、杀死开关和无法在反应堆外生存的工程微生物。
科学家们为一个严重的问题提出了一个引人入胜的解决方案。是的，还有很多工作要做，但这是一个好的开始。火星可能是一片贫瘠的沙漠，但并非完全没有资源。我们只需要找到方法来充分利用它们。
