Живой стройматериал для Марса: как дрожжи могут изменить внеземное строительство

На Марсе предлагают не плавить грунт, а «выращивать» строительный материал с помощью дрожжей

На Марсе проблема не столько в отсутствии камня, сколько в цене его превращения в дом

Если люди когда-нибудь будут строить постоянные базы на Марсе, доставлять основные строительные материалы с Земли вряд ли будет рационально. Поэтому одна из центральных идей внеземного строительства — использование местных ресурсов, прежде всего реголита, то есть рыхлого слоя пыли, песка и раздробленных горных пород на поверхности планеты.

Сам по себе реголит ещё не строительный материал. Его необходимо связать, спрессовать, расплавить или спечь так, чтобы получить элементы с предсказуемыми механическими свойствами. Многие рассматриваемые технологии предполагают нагрев минерального сырья до температур порядка 1000 °C и выше.

На Земле высокая температура — прежде всего вопрос оборудования и стоимости энергии. На Марсе это становится системным ограничением: электростанции, солнечные панели, печи, системы хранения энергии и запасные части к ним тоже необходимо доставить на другую планету.

Именно эту часть задачи попыталась пересмотреть группа исследователей из Гонконгского университета науки и технологий, Гонконгского политехнического университета и их коллег. Работа под руководством Нина Лю и Цю Цзишэня опубликована в 2026 году в журнале Chem Circularity.

Вместо вопроса «как нагреть марсианский грунт?» исследователи фактически поставили другой: можно ли создать материал, которому для затвердевания будут помогать сами условия Марса?

Холод и разреженная атмосфера становятся частью технологии

Отправной точкой для Цю Цзишэня послужила сублимационная сушка — процесс, знакомый в том числе по производству сублимированных продуктов. Вода сначала замерзает, а затем при низком давлении лёд переходит непосредственно в пар, минуя жидкую фазу. После удаления воды остаётся сухая пористая структура.

Марс предоставляет похожее сочетание факторов естественным образом: низкую температуру и очень разреженную атмосферу.

Экспериментальный материал исследователи назвали Martian living building material — «марсианским живым строительным материалом». Его основу составляют гранулированные минеральные частицы, соединённые водным связующим из желатина и клеток пекарских дрожжей Saccharomyces cerevisiae.

Но это не обычные дрожжи.

Их генетически модифицировали таким образом, чтобы клетки участвовали в формировании адгезивной системы — своего рода биологического клея. Исследователи использовали белковые механизмы, усиливающие сцепление компонентов материала. В результате дрожжевые клетки, полимерная сеть желатина и минеральные частицы образуют более прочную связанную структуру.

Желатин при этом выполняет сразу несколько функций: формирует гидрогелевый каркас, связывает частицы и создаёт среду для клеток. Песок обеспечивает основную минеральную массу.

Получается необычный гибрид строительной технологии и синтетической биологии: часть свойств материала определяется не только химией полимера или минерала, но и специально сконструированными живыми клетками.

3D-печать при −30 °C дала материал прочностью около 12 МПа

Исследователи провели 3D-печать небольших конструкций и испытывали процесс в условиях, имитирующих некоторые параметры марсианской среды: при температуре −30 °C и давлении 0,01 атмосферы.

После экструзии — выдавливания смеси через сопло принтера — содержащаяся в материале вода замерзала. При низком давлении лёд затем сублимировал, то есть переходил непосредственно в водяной пар.

После удаления воды оставался лёгкий пористый каркас.

Средняя прочность оптимизированного материала на сжатие составила примерно 12 МПа, а на изгиб — около 6 МПа. Это уже диапазон, в котором материал можно сравнивать с некоторыми низкопрочными и лёгкими строительными бетонами, хотя прямое сравнение требует осторожности: лабораторный образец и полноценная строительная конструкция — далеко не одно и то же.

Особенно интересна прочность на изгиб. Хрупкий материал может хорошо выдерживать вертикальное сжатие, но разрушаться при деформации. Биологически усиленная пористая структура показала способность сопротивляться не только сжатию, но и изгибающей нагрузке.

Авторы также продемонстрировали повторное использование материала. После четырёх циклов переработки его механические характеристики существенно не ухудшились. Для внеземной базы это потенциально важно: отходы строительства могут становиться сырьём для следующего производственного цикла, а не превращаться в бесполезный груз.

Главный выигрыш может оказаться энергетическим, а не механическим

Прочность — наиболее наглядный результат исследования, но стратегически важнее другое.

Чтобы превратить реголит в монолит традиционными высокотемпературными методами, его приходится нагревать до очень высоких температур. Новый материал формируется благодаря сочетанию гидрогеля, биологического связующего, замораживания и низкого давления.

По расчётам авторов, энергозатраты непосредственно на изготовление такого материала могут быть на один-два порядка ниже, чем у рассматриваемых ими высокотемпературных способов обработки минерального сырья.

Но эту цифру нельзя интерпретировать как доказательство того, что вся строительная система на Марсе будет потреблять в десятки раз меньше энергии. Сравнение относится к определённой границе технологического процесса. Полный энергетический баланс должен учитывать производство связующего, выращивание дрожжей, получение воды, подготовку реголита, работу биореакторов, насосов, 3D-принтеров, роботизированных систем и инфраструктуры жизнеобеспечения.

Именно здесь проходит граница между интересным лабораторным результатом и готовой инженерной технологией.

Тем не менее принцип заслуживает внимания. Для космической инженерии такая смена логики может оказаться важнее конкретного рецепта материала.

«Живой» материал пока зависит от Земли

Название может создать впечатление, что будущие поселенцы смогут взять марсианский грунт, добавить немного дрожжей и напечатать дом. До такой автономности технология пока очень далека.

Во-первых, в экспериментах использовали земной песок, а не настоящий марсианский реголит. Минеральный состав, размер частиц и их взаимодействие со связующим могут влиять на свойства конечного материала.

Во-вторых, наиболее эффективная рецептура содержит желатин животного происхождения. Для реальной марсианской базы его пришлось бы доставлять с Земли или научиться производить локально из доступного биологического сырья.

Исследователи уже испытали вариант без желатина, показывающий принципиальную возможность движения к полностью биологическому связующему, однако его механические характеристики пока хуже.

Есть и более фундаментальная проблема. Стена марсианского жилья должна быть не просто прочной.

Она должна выдерживать разницу давления между внутренним обитаемым пространством и почти вакуумной внешней средой, ограничивать утечку газов, переносить большие температурные колебания, противостоять пыли и длительному воздействию радиации.

Авторы прямо указывают, что радиационная стойкость, проницаемость, теплопроводность, сопротивление прямому растяжению, многолетняя долговечность и полноразмерное производство ещё предстоит исследовать.

Поэтому экспериментальный материал сегодня разумнее рассматривать как потенциальный структурный компонент будущего сооружения, а не как готовую оболочку жилого модуля. Реальный марсианский дом, вероятно, потребует многослойной конструкции с отдельными герметизирующими мембранами, радиационной защитой, теплоизоляцией и инженерными системами.

Настоящая автономность начнётся, если биологию удастся замкнуть в цикл

Самая перспективная часть концепции связана с возможностью воспроизводить часть строительного сырья непосредственно на месте.

Минеральную составляющую теоретически можно получать из местного реголита. Дрожжи способны размножаться в биореакторе. Воду в долгосрочных сценариях освоения Марса предполагается извлекать из местных запасов льда и повторно использовать.

Если в будущем микроорганизмы научатся производить достаточное количество необходимых структурных белков и других компонентов связующего из ресурсов, доступных на Марсе, масса грузов, отправляемых с Земли, может значительно уменьшиться.

Но это пока сценарий, а не результат эксперимента.

Даже авторы исследования подчёркивают необходимость полного баланса массы и энергии. Марсианской строительной системе понадобятся биореакторы, питательные вещества, оборудование для обработки грунта, роботизированная техника, системы сбора и очистки воды, источники энергии и запасные компоненты.

В пресс-материалах к исследованию Цю Цзишэнь оценивает, что создание значимой инженерной инфраструктуры на месте всё равно может потребовать доставки с Земли сотен тонн оборудования и материалов.

Поэтому биологическое строительство не отменяет проблему межпланетной логистики. Оно потенциально меняет её структуру: вместо доставки огромной массы готового строительного материала можно пытаться привезти оборудование и сравнительно небольшой набор воспроизводимых компонентов, а основную массу сооружений создавать из местного сырья.

Марсианская технология может оказаться полезной раньше на Земле

У исследования есть ещё один интересный уровень.

Технологии для космоса особенно ценны, когда они заставляют инженеров проектировать системы с крайне низким потреблением энергии, минимальным количеством привозного сырья и возможностью многократного использования материалов.

На Земле похожие ограничения возникают в Антарктиде, полярных районах, удалённых исследовательских станциях и других местах, куда тяжело и дорого доставлять оборудование и строительные материалы.

Цю Цзишэнь уже называл удалённые антарктические станции одним из возможных направлений применения концепции.

Земная гравитация создаёт более высокую механическую нагрузку, чем марсианская, поэтому одинаковый материал допускает разные архитектурные решения на двух планетах. Но фундаментальная задача остаётся общей: получить конструкционный материал при минимуме энергии и логистики.

Именно поэтому исследование интересно далеко за пределами разговоров о колонизации Марса. Оно относится к более широкому направлению инженерных живых материалов, где клетки становятся функциональной частью материала и могут участвовать в его производстве, восстановлении или переработке.

От маленькой напечатанной конструкции до марсианского дома — огромная дистанция

Практический результат работы пока следует формулировать осторожно.

Исследователи не построили дом и не доказали, что материал способен служить полноценной оболочкой марсианского жилища. Они показали на лабораторном масштабе, что смесь минеральных частиц, желатина и генетически модифицированных дрожжей можно формировать методом 3D-печати в выбранных условиях низкой температуры и давления и получать после сублимационной сушки материал с заметной конструкционной прочностью.

Следующим критическим этапом станет масштабирование.

Материал необходимо испытать с аналогами марсианского реголита, а затем проверить его поведение в значительно более крупных конструкциях. Потребуются длительные испытания температурными циклами, радиацией, механическими нагрузками и марсианской пылью.

Отдельный вопрос — планетарная защита. Использование генетически модифицированных земных микроорганизмов на другой планете требует систем, исключающих неконтролируемое биологическое загрязнение среды. Это уже не только материаловедение, но и вопрос биобезопасности будущих космических миссий.

Наконец, необходим системный анализ всей технологической цепочки. Если экономия энергии на затвердевании материала будет компенсирована большими затратами на производство биологического связующего или поддержание биореакторов, преимущество может уменьшиться.

Именно такие проверки определят, является ли разработка интересным лабораторным эффектом или основой реально масштабируемой строительной технологии.