2025/04/11 14:09:57 5,887次浏览

IT之家 4 月 7 日消息,建设月球基地一直是人类太空探索的重要目标之一,而如何利用月球本地资源降低成本是关键问题。近期,印度科学研究所(IISc)的一项新研究为月球基地建设带来了新的希望,该研究基于月壤模拟物实验,提出了利用细菌修复月球砖块裂缝的方法。

据IT之家了解,月球表面覆盖着一层松散的尘土和岩石,被称为月壤。由于真正的月壤样本极为稀少且珍贵,因此科学家们通常使用月壤模拟物来进行实验。此前,IISc 的研究人员已经发现了一种方法,利用一种名为芽孢杆菌(Sporosarcina pasteurii)的地球土壤细菌,将月壤模拟物制成砖块。这种细菌能够将自身产生的代谢废物尿素和钙转化为碳酸钙晶体,当与从瓜尔豆中提取的瓜尔胶混合后,这些晶体可以将月壤颗粒粘合在一起形成砖块。

随后,该团队又尝试通过烧结的方法制造月球砖块,即将月壤模拟物与聚乙烯醇(一种可溶性聚合物)混合后,在高温炉中加热至极高温度。通过烧结形成的砖块看起来比细菌制成的砖块更坚固。

不过在月球上,环境条件极为恶劣。月球砖块暴露在太空真空中,需要承受极端的温度变化,月球日间最高温度可达 121 摄氏度,夜间最低温度可达零下 133 摄氏度, 这种巨大的温差会对砖块产生极大的热应力 。此外,砖块还会受到微流星体和宇宙射线的轰击。

IISc 机械工程系的 Koushik Viswanathan 表示:“月球表面的温度变化更为剧烈,这会在一段时间内产生显著影响。 烧结砖块是脆性的,一旦出现裂缝并扩展,整个结构可能会迅速崩塌 。”因此,在月球基地建成之前,能够有效修复砖块裂缝至关重要。

于是,Viswanathan 及其同事重新回到利用芽孢杆菌的想法,但这次不是用它来制造砖块, 而是制造一种密封剂,用于填补砖块上的裂缝和孔洞 。研究人员将烧结后的月壤模拟物砖块进行多种损坏处理,如打孔、制造 V 形缺口和半圆形缺口等,这些损坏都可能由结构疲劳导致。然后,他们将一种由芽孢杆菌、瓜尔胶和月壤模拟物混合而成的浆料倒在砖块上,经过几天时间,让浆料渗入砖块并填补裂缝和孔洞。

细菌发挥了两个作用:一是生成碳酸钙,有效填充裂缝;二是产生生物聚合物,使混合物与砖块紧密结合,从而使砖块重新变得坚固。研究团队发现,这种方法可以恢复砖块 28% 至 54% 的原始抗压强度,尽管尚未完全恢复到原始强度。

IISc 的 Aloke Kumar 表示:“我们最初不确定细菌是否会与烧结砖块结合,但发现细菌不仅能够固化浆料,还能很好地附着在其他材料上。”然而,在实验室中实现这一点是一回事,在月球上恶劣的条件下实现则是另一回事。

Kumar 指出:“一个关键问题是这些细菌在地外环境中的行为。它们的特性是否会改变?它们是否会停止产生碳酸钙?这些问题目前仍然未知。”为了回答这些问题,该团队提议在即将于 2026 年实施的印度首次载人航天任务 ——“加加尼亚安”任务中,将芽孢杆菌样本送入太空。Viswanathan 表示:“据我们所知,这将是首次进行此类细菌实验。”

这项研究已于 3 月 27 日发表在《空间技术前沿》杂志上。

科学家利用细菌修复月球砖块裂缝,助力月球基地建设
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