Прибиране на хидратация: Как ще събираме вода на Марс

Мечтаем да изпратим хора на друга планета от десетилетия и с неотдавнашния прилив на интерес към изследването на Марс, изглежда, че това може един ден да бъде реалност.

Но има много работа за вършене, преди да сме готови човек да стъпи на червената планета.

От всички ресурси, от които посетителите на Марс ще се нуждаят, един от най-важните е водата – не само за пиене, но и за производство на ракетно гориво и други вещества като кислород. И ако сме надявайки се да създаде земеделие там, ще имаме нужда от много вода, за да поддържаме растежа на културите.

Но повърхността на Марс изглежда като суха, негостоприемна пустиня. Днес на Марс няма езера, няма реки и няма валежи.

И така, откъде ще вземем водата си? Разговаряхме с трима експерти, за да разберем.

Тази статия е част от Животът на Марс

Намиране на вода на Марс

Въпреки че сме на много години от създаването на напълно работеща база на Марс, космическите агенции като НАСА вече мислят за проблема с водата. Доставянето на вода от Земята е непрактично - твърде тежко е да носите цялата вода, необходима за мисия в ракета. Така че планът е да събираме вода от околната среда на Марс и за да направим това, трябва да знаем къде се намира водата.

Добрата новина е, че на повърхността на Марс има много вода под формата на лед, включително лед, покриващ полюсите и огромни кратери. Лошата новина е, че мисията до тези мразовито студени региони създава свои собствени проблеми, като количеството енергия, което би било необходимо, за да се затоплят както хората, така и машините при температури до -240°F. Ето защо фокусът на повечето мисии на Марс са регионите със средна ширина, където температурите са по-ниски.

В тези региони няма лед на повърхността, но под земята има лед. Но освен ако не искате да изпратите астронавт с лопата, за да вземе проби от всяко петно ​​мръсотия на планетата, имате нужда от начин да картографирате този подземен лед бързо и ефективно.

X маркира мястото

Това е, върху което работят Гарет Морган и Тан Пуциг от Института за планетарни науки като част от проекта за картографиране на подповърхностен воден лед (SWIM). Те и техните колеги са комбинирали 20-годишни данни от пет различни орбитални инструмента на Марс, за да начертаят къде най-вероятно се намира ледът под повърхността. Сам по себе си всеки набор от данни, като радарни показания или индикации за водород, може да ви каже толкова много за това дали ледът е на определено място, но в комбинация те могат да посочат какви биха били основните места за намиране на лед бъда.

Целта на тяхната работа е да помогнат на НАСА да избере бъдещи места за кацане за мисии с екипаж, така че астронавтите да имат достъп подземен лед, като същевременно позволява възможно най-голяма свобода за избор на научно интересно изследване ■ площ.

„Технологиите и инженерството ще определят как хората да бъдат изпратени на Марс“, каза Морган, „и те ще имат свои собствени ограничения за това къде може да се случи това. Те също така искат научната общност да намери най-осъществимите от научна гледна точка, интересни и завладяващи места за кацане. Така че нашата работа е да свържем двата свята, като дадем на двата отбора широко разбиране за това къде са ресурсите.“

Тази карта може да покаже къде е вероятно да се намери лед, но само ако този лед е на по-малко от пет метра под земята. Също така е трудно да бъдем прецизни точно колко дълбоко се намира ледът във всяка дадена област, тъй като използваните методи за отчитане могат да предоставят само груби оценки на съдържанието на лед там.

И има голяма практическа разлика в това колко труден е достъпът до лед, който е на няколко инча под повърхността спрямо лед, който е под метри плътна скала.

Нов инструмент за откриване на лед

За да разберем колко дълбок е ледът на Марс, ще ни трябват нови усилия като Мисия Mars Ice Mapper: Космически кораб, върху който НАСА и други международни космически агенции работят заедно, който ще го направи обикаля около Марс и използва два вида радарни методологии, за да открие колко дълбоко се намира ледът под повърхност.

„Основната идея е да имаме радар с по-висока честота и по-висока разделителна способност“, обясни Пуциг. Мисията Ice Mapper все още е в етап на концепция и той и Морган не участват пряко в нея. Но те са чували за концепциите за мисията от други учени и те споделиха някои подробности за това как ще работи.

Първият радарен метод, който картографът ще използва, се нарича радарно изображение със синтетична апертура. Това включва радар, насочен под ъгъл към повърхността, което „ви дава усещане за широкото разпространение на плитък лед“, каза Пуциг. „Можете да картографирате това в голям регион относително бързо с този метод.“

Вторият метод е радарно сондиране, при което радарът е насочен право надолу, за да отскочи от горната част на слоя лед. Това ви казва колко дълбок е леденият слой. Когато комбинирате двете, „получавате изглед на карта и изглед в напречно сечение“, каза той.

И тогава знаете къде да копаете.

Достъп до водата, след като я намерим

Намирането на лед е само първата стъпка в събирането на вода. За да стигнем от блоковете твърд лед под земята до чиста, безопасна вода за пиене и други цели, ще трябва да намерим начин да извличаме и обработваме леда.

Ако знаете колко дълбоко се намира ледът и смятате, че има значително количество лед за достъп, можете да пробиете надолу, за да стигнете до него. Проблемът, както обясни Сидни До, ръководител на проекта за водно картографиране на Марс в Лабораторията за реактивни двигатели на НАСА, е, че трябва да знаете какъв вид скала ще пробивате, за да можете да вземете правилния инструмент за работа.

Понастоящем нашето разбиране за състава на повърхността и под повърхността на Марс е ограничено, което е причинило проблеми при мисии на Марс като InSight, където топлинната сонда на спускаемия модул не можеше да влезе под повърхността защото почвата имаше малко по-различни нива на триене от очакваното. Така че ще ни трябва повече информация за състава на скалите в определена област, преди да можем да проектираме сондаж, който да прокарва тунели в нея.

След като пробиете дупка до леда, можете да използвате система, наречена кладенец на Родригес, която в момента се използва на Земята на места като Антарктика, за достъп до вода. По същество потапяте нагрята пръчка в пробитата дупка, която разтопява леда и създава кладенец с течна вода, който след това можете да изпомпвате на повърхността. Това изисква доставяне на енергия под формата на топлина, но това е ефективен начин за достъп до потенциално големи количества вода.

Печени скали

Има и друга възможност за събиране на вода: можем да я извлечем от хидратирани минерали, които са изобилни в много райони на Марс. Там има скали като гипс, които съдържат вода и ако натрошите, след това изпечете тези скали, можете да кондензирате водата и да я съберете.

Но забелязването на тези минерали не е лесно. За да идентифицират тези хидратирани минерали от орбита, изследователите използват техника, наречена отражателна спектроскопия. Инструментите на космическите кораби около Марс могат да открият слънчевата светлина, когато се отразява от повърхността, създавайки така наречените спектри. Някои дължини на вълните на отразената светлина се абсорбират от определени химикали, което позволява на учените да направят извод от какво са направени скалите отдолу. Но този сигнал е само средната стойност за наблюдаваната област и може да има множество химикали, които абсорбират една и съща дължина на вълната. Така че дешифрирането на различните сигнали може да бъде предизвикателство.

„Начинът, по който обичам да го обяснявам, е: имате торта, която сте получили“, каза До. „Трябва да опитате и разберете от какви съставки е направено и колко от всяка съставка е допринесла за направата му торта. По същество това е, което правим с тези отразяващи сигнали – опитваме се да ги разложим на съставните им части, за да разберем какво има там.“

Да направим водата безопасна

Така или иначе, след като сте събрали вода чрез топене на лед или чрез печене на камъни, трябва да я обработите. Водата може да е пълна с вредни примеси като тежки метали или соли като перхлорати, така че трябва да бъде почистена и обезсолена, преди да може да се използва. На теория знаем как да направим това, като извършваме подобна обработка на водата на Земята, но предизвикателството на Марс е, че в момента не знаем какви замърсители да очакваме.

Подобно на много аспекти на управлението на водата на Марс, проблемът не е в концепцията, а в изпълнението. Технологията за управление на водата на Земята е добре разбрана, но има още много работа, преди да можем да изградим система, която да работи на друга планета.

„Знаем основните принципи за това“, каза До. „Но ние не разбираме напълно условията на околната среда, в които ще трябва да работим с тази машина.“ Всичко от тънката атмосфера на Марс до ниската му гравитация обилен прах може да промени начина, по който работят машините. Да не говорим, че водната система не само трябва да е малка и достатъчно лека, за да бъде поставена на ракета, но също така трябва да бъде изключително надеждна - на Марс няма сервизи.

Това е мястото, където ще се появи следващата граница на технологичните иновации. В момента имаме познания как да изградим система за извличане и преработка на вода, каза До, „но се обръщаме тези принципи в технология, която работи по надежден начин в средата, която очакваме - това е все още отворено.”

Тази статия е част от Животът на Марс – поредица от 10 части, която изследва авангардните наука и технологии, които ще позволят на хората да окупират Марс

Препоръки на редакторите

• Космологично пътуване: сложната логистика на изпращането на хора на Марс
• Усъвършенстване на задвижването: Как ще отведем хората до Марс
• Замъци, направени от пясък: Как ще направим местообитания с марсианска почва
• Изкуствена атмосфера: Как ще изградим база с годен за дишане въздух на Марс
• Астроземеделие: Как ще отглеждаме култури на Марс