كيف يمكن للطحالب القشرية الاصطناعية بناء قواعد مارس ذات النمو الذاتي

البناء باستخدام غبار المريخ

في السنوات العشر الماضية، أدى التقدم الجذري الذي حققته شركة SpaceX (SPCX ) وغيرها من الشركات الخاصة في مجال الفضاء إلى تحويل العديد من مشاريع الفضاء من الخيال العلمي إلى واقع محتمل خلال حياتنا.

إحدى هذه الأفكار هي إنشاء قواعد دائمة مأهولة على القمر والمريخ. العامل هنا هو أن تكلفة الوصول إلى المدار والفضاء العميق قد انخفضت إلى عُشر ما كانت عليه، مما جعل العديد من الأفكار الآن عملية.

من المحتمل، إلى حد ما، أن تكون الوحدات الأولى لقاعدة ما مشابهة لقواعد القطب الجنوبي، حيث يتم إسقاط الكثير من الأنظمة الجاهزة في الموقع، أو إعادة استخدامها من مواد معاد تدويرها، مثل، على سبيل المثال، خزانات الصواريخ الفارغة، أو حفر الأنفاق.

على المدى الطويل، سيحتاج الأمر إلى مواد أخرى لتجاوز الحد الأقصى المبدئي المتمثل في عشرة رواد فضاء وبناء مرافق أكبر. وحتى إذا تم دفن معظم المرافق، سيظل هناك حاجة إلى العديد من المباني السطحية.

مثاليًا، سيتطلب بناءها استخدام الموارد المحلية لتغطية 99٪ من عملية الإنشاء، مع استيراد فقط الآلات المعقدة أو الإلكترونيات أو المعادن النادرة من الأرض.

يمكن أن تكون الفكرة هي استخدام الغبار والرمل والصخور المحلية كمواد بناء لإنشاء مساكن أكبر وأكثر مقاومة للإشعاع. قد يكون العلماء في جامعة نبراسكا-لينكولن وجامعة تكساس إيه&إم قد وجدوا طريقة لخلط غبار المريخ والكائنات الدقيقة لإنشاء مادة حيوية تلصق المعادن المحلية معًا لتشكيل هيكل قابل للاستخدام.

نشروا نتائجهم في مجلة علوم وهندسة التصنيع¹، تحت العنوان “التصنيع الحيوي للمواد الحية الهندسية للبناء على المريخ: تصميم المجتمع الاصطناعي”.

كيف نبني على المريخ

عند مناقشة بناء أي شيء على المريخ، تكون قائمة المتطلبات شاقة إلى حد ما:

• هيكل قوي يتحمل تأثيرات الميكروميتيويدات.
• جدران ومفاصل محكمة الإغلاق تحافظ على الهواء القابل للتنفس داخلها وتمنع الغبار الرقيق الخروج، رغم الضغط الجوي المنخفض جدًا.
• عزل حراري جيد، حيث متوسط درجة حرارة المريخ هو -65°C/-85°F، وتكون أبرد بكثير في الشتاء، أثناء الليل، أو في المناطق القطبية.
• متانة، حيث أن جميع جهود البناء مكلفة جدًا، وأي فشل سيتطلب التخلي عن الموطن.

خيار، ليس فقط على المريخ بل أيضًا على الأرض، هو طباعة ثلاثية الأبعاد (التصنيع الإضافي) للمباني بالكامل. ومع ذلك، فإن نقص الماء، والحاجة إلى العمالة البشرية، والظروف غير المؤكدة على المريخ تجعل من الصعب التأكد من أن التقنية ستنجح، على الأقل كما تُفهم حتى الآن.

“من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد، يمكن تصنيع مجموعة واسعة من الهياكل، مثل المباني، المنازل، والأثاث.”
ربط جزيئات التربة المريخية، بما في ذلك تلك القائمة على المغنيسيوم، والسلفر، وإنشاء الجيوبوليمر. ومع ذلك، تتطلب جميع هذه الطرق مساعدة بشرية كبيرة وبالتالي لا يمكن تنفيذها مع نقص القوى العاملة الواضح على المريخ.

استخدام الطحالب القشرية كمواد بناء على المريخ

على الأرض، تُعد الطحالب القشرية من بين أقوى الكائنات الحية، حيث يمكنها البقاء على قيد الحياة بكمية قليلة فقط من الرطوبة في الهواء والعناصر الغذائية النادرة الموجودة في الغبار العائم، مما يمكنها من الصمود في أكثر البيئات عدائية مثل الصحاري وقمم الجبال.

كما أنها مقاومة للغاية للإشعاع، وتتحمل الجفاف، وبشكل عام، هي أول كائن حي من المرجح أن يبقى على قيد الحياة على المريخ، أو على الأقل مريخ مُعَدّ جزئيًا.

كيف تحقق الطحالب القشرية هذا الإنجاز هو من خلال دمج صلابة الفطريات مع قدرة الطحالب على إنتاج الغذاء والطاقة من ضوء الشمس، لتكوين كائن حي تكافلي صناعي واحد.

هذا يجعل الطحالب القشرية نموذجًا جيدًا للتقليد في صنع أي نوع من المواد الحيوية على المريخ، حيث يمكنها النمو في ظروف غير مثالية.

لقد تم استكشاف هذه الفكرة بالفعل، مع النظر في التمعدن الحيوي للبكتيريا لربط جزيئات الرمل لتكوين طوب، واستخدام البكتيريا الميوروليتية لتعزيز إنتاج كربونات الكالسيوم لصنع الطوب، واستكشاف وكالة ناسا لاستخدام خيوط الفطريات كعامل ربط.

ومع ذلك، كان كل من هذه التجارب محدودًا بنوع أو سلالة واحدة؛ وبالتالي، تتطلب بقاءها إمدادًا مستمرًا بالمغذيات، مما يعني الحاجة إلى تدخل خارجي. ومرة أخرى، نقص القوى العاملة على المريخ يجعل ذلك تحديًا.

كيف يمكن للطحالب القشرية الاصطناعية تمكين البناء على المريخ

أدرك الباحثون في تكساس ونبراسكا أن نشاطًا ميكروبيًا أكثر استقلالية كان ضروريًا للتطبيقات العملية المستقبلية.
قاموا بخلط عدة كائنات، كل منها يكمل الأخرى، كما تفعل الطحالب والفطريات في الطحالب القشرية.

يمكننا بناء مجتمع اصطناعي من خلال تقليد الطحالب القشرية الطبيعية. لقد طورنا طريقة لبناء طحالب قشرية اصطناعية لإنشاء مواد حيوية تلصق جزيئات التربة المريخية لتكوين هياكل.

Dr. Congrui Grace Jin – Aأستاذ مساعد في برنامج الهندسة الميكانيكية وتكنولوجيا الهندسة التصنيعية في جامعة تكساس إيه&إم
ومع ذلك، تستخدم هذه الطحالب القشرية الاصطناعية خلايا السيانوبكتيريا (خلايا فلورية حمراء اللون) بدلاً من خلايا الطحالب، حيث أن هذه البكتيريا الضوئية أكثر صلابة وأكثر استقلالية عن المدخلات الخارجية.

تُنشئ الفطريات الخيطية الدقيقة مادة ربط، تلصق كميات كبيرة من المعادن الحيوية، مكونة النواة التي يمكن من خلالها نمو مواد البناء.

تُنتج السيانوبكتيريا السكر والأكسجين والطاقة لتغذية الفطريات بينما تحميها.

هذا ليس كل شيء. بالإضافة إلى الحرارة والأكسجين والهواء القابل للتنفس، فإن تربة المريخ فقيرة جدًا في النيتروجين (النترات والأمونيا)، وهو مكون أساسي للجزيئات الحيوية مثل البروتينات والحمض النووي DNA والحمض النووي RNA. يمكن لهذه السيانوبكتيريا أيضًا تثبيت النيتروجين الجوي إلى شكل متوافق حيويًا.

أظهر الباحثون أن النظام ينمو باستخدام محاكاة تربة المريخ فقط، والهواء، والضوء، ووسط سائل غير عضوي مثل الماء. بعبارة أخرى، لا حاجة إلى قوة عاملة، وتقتصر المتطلبات على المواد الأساسية المتوفرة في جميع أنحاء المريخ.

إن إمكانات هذه التقنية ذات النمو الذاتي في تمكين الاستكشاف والاستعمار الفضائي طويل الأمد كبيرة.”
Dr. Congrui Grace Jin – Aأستاذ مساعد في برنامج الهندسة الميكانيكية وتكنولوجيا الهندسة التصنيعية في جامعة تكساس إيه&إم

مستقبل الطحالب القشرية الاصطناعية لمساكن المريخ

الخطوة التالية ستكون استخدام هذه الطحالب القشرية الاصطناعية لإنشاء حبر تربة (حبر طباعة ثلاثية الأبعاد مصنوع من سطح المريخ) لطباعة هياكل حيوية باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد للكتابة المباشرة بالحبر.

بمجرد إثبات أن مفهوم حبر التربة يعمل مع طابعة ثلاثية الأبعاد، سيُحتاج إلى نموذج أولي على نطاق أكبر لتصميم نوع طابعة ثلاثية الأبعاد المطلوبة لمساكن المريخ.

نظرًا لأن النظام ينمو مواد البناء بنفسه باستخدام الغبار والصخور فقط، وضوء الشمس، وهواء المريخ، وكميات محدودة من الماء، يمكن استخدامه لإنتاج حبر التربة على نطاق واسع قبل هبوط الرواد، وحتى لطباعة أولى الملاجئ مسبقًا، باستخدام روبوتات عن بُعد لأداء الطباعة ثلاثية الأبعاد.

على أي حال، ستحتاج هذه المهمات المريخية إلى صواريخ للوصول إلى الكوكب الأحمر، وهناك عدد قليل من الشركات تتصدر تطوير صواريخ قابلة لإعادة الاستخدام.

الاستثمار في قطاع الفضاء الجوي

Rocket Lab

Rocket Lab (RKLB ) هي واحدة من أكثر المتنافسين جدية في سوق الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام. ركزت الشركة في البداية على الصواريخ الصغيرة، مع نظام الإطلاق إلكترون (حمولة 320 كغ)، والذي يتم تحويله تدريجيًا إلى صاروخ جزئيًا قابل لإعادة الاستخدام. حتى الآن، قامت إلكترون بنشر 177 قمرًا صناعيًا في 44 عملية إطلاق.

فيما بعد، تتطلع Rocket Lab إلى إنشاء صاروخ متوسط الحجم قابل لإعادة الاستخدام، يُدعى نيوترون، وهو مماثل لصاروخ فالكون 9 (8000 كغ إلى مدار الأرض المنخفض – LEO – في وضعية إعادة الاستخدام الكامل، 1500 كغ إلى المريخ أو الزهرة). سيعمل صاروخ نيوترون بمحرك صاروخي يحرق الميثان (مثل ستارشيب)، وهو ما يبدو أنه الاتجاه للجيل القادم من الصواريخ.

تتميز الشركة بعملية تصنيع الأقمار الصناعية المتكاملة عموديًا بالكامل، مما يسمح لها بتحسين التكاليف وسرعة التصميم.

أدى ذلك إلى عدة عقود مع وكالة ناسا والحكومة الأمريكية، بما في ذلك عقد عسكري بقيمة 515 مليون دولار. وعقد مدني بقيمة 143 مليون دولار لشركة Globalstar.

Rocket Lab هي أيضًا مصنع رئيسي لـ الألواح الشمسية للأقمار الصناعية بعد استحواذها في عام 2022 على SolAero Technologies، مع أكثر من 1000 قمر صناعي يعمل بهذه الألواح، وإجمالي تصنيع خلايا شمسية بقدرة 4 ميغاواط.

في الوقت الحالي، يعتمد نظام الإطلاق الخاص بها على موردين خارجيين، لكن سلسلة من الاستحواذات الاستراتيجية  يجب أن تغير ذلك، من خلال تكرار التكامل العمودي في نظام الإطلاق كما تم تحقيقه في تصميم وتصنيع الأقمار الصناعية.

تبحث الشركة أيضًا في إمكانية إنشاء مجموعة أقمار صناعية للاتصالات في مدار الأرض المنخفض لتوليد إيرادات متكررة. كما تساهم في البحث عن التصنيع في الفضاء مع Varda Space Industries وفحص الحطام المداري.

في حين أن SpaceX تمتلك موهبة إيلون ماسك التجارية لتطوير تقنيتها من الصفر، استخدمت Rocket Lab مزيجًا من البحث والتطوير والاستحواذات لتكامل التكنولوجيا المطلوبة عموديًا. وقد ثبت نجاح ذلك بشكل كبير في تصنيع الأقمار الصناعية، وهم الآن يتطلعون إلى تكرار هذه الاستراتيجية للصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام.

نظرًا لتدفق النقد الحالي من إنتاج الأقمار الصناعية ونجاحات إلكترون، تُعد Rocket Lab مرشحًا جيدًا للحاق بتقدم SpaceX.

بالنسبة لأولئك المهتمين بالاستثمار في هذه الشركة، تأكدوا من إلقاء نظرة على أفضل وسطاء الأسهم في منطقتكم (مثلًا للولايات المتحدة USA، UK، Canada، وAustralia) أو مقالتنا حول أفضل 10 تطبيقات استثمارية، وكذلك تقريرنا الكامل عن Rocket Lab.

آخر أخبار وتطورات سهم Rocket Lab (RKLB)

الدراسة المشار إليها:

^{1. Nisha Rokaya, Erin C. Carr, Richard A. Wilson, Congrui Jin. التصنيع الحيوي للمواد الحية الهندسية للبناء على المريخ: تصميم المجتمع الاصطناعي. J. Manuf. Sci. Eng. Aug 2025, 147(8): 081008 (10 pages). https&#58//doi.org/10.1115/1.4068792}