हम मंगल ग्रह पर सांस लेने योग्य हवा के साथ एक बेस कैसे बनाएंगे

इंसानों को पहली बार किसी दूसरे ग्रह पर भेजना जितना डराने वाला हो सकता है, वहां तक ​​पहुंचना केवल आधी चुनौती है। बड़ी समस्या यह है कि घर से लाखों मील दूर सांस न लेने योग्य वातावरण, ब्रह्मांडीय विकिरण और ठंडे सतह के तापमान वाले ग्रह की सतह पर मनुष्य कैसे रह सकते हैं।

हम जानना चाहते थे कि आप मानव निवास के लिए एक विदेशी ग्रह को कैसे तैयार करेंगे, इसलिए हमने मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ के दो विशेषज्ञों से बात की। प्रौद्योगिकी प्रोफेसर माइकल हेचट और नासा इंजीनियर असद अबूबकर, यह पता लगाने के लिए कि अंतरिक्ष यात्रियों को उस ग्रह पर कैसे जीवित रखा जाए जो मारना चाहता है उन्हें।

यह लेख का हिस्सा है मंगल पर जीवन - एक 10-भाग की श्रृंखला जो अत्याधुनिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी की खोज करती है जो मनुष्यों को मंगल ग्रह पर कब्जा करने की अनुमति देगी

अवसर की एक खिड़की

लोगों को लाल ग्रह पर भेजने में एक आवश्यक समय अंतराल है। पृथ्वी और मंगल की कक्षाओं के कारण, एक ग्रह से दूसरे ग्रह तक जाने का सबसे आसान तरीका प्रक्षेपवक्र का उपयोग करना है जिसे a कहा जाता है होहमैन स्थानांतरण कक्षा, जिसमें एक यान एक कक्षा में चलता है जो धीरे-धीरे बाहर की ओर सर्पिल होता है।

"यह ग्रहों के घूमने के तरीके के कारण है," हेचट ने समझाया। “पृथ्वी मंगल की कक्षा के अंदर है, और यह मंगल की तुलना में तेजी से घूमती है, इसलिए यह कई बार इसका चक्कर लगाती है। एक मंगल वर्ष लगभग दो पृथ्वी वर्षों के बराबर होता है।”

“तो आपको लॉन्च का समय तय करना होगा। और हर मंगल वर्ष में एक खिड़की होती है - हर 26 महीने में, उस समय जब मंगल ग्रह पृथ्वी के करीब होता है, जिसे मंगल विरोध कहा जाता है। इसलिए हर 26 महीने में, आपके पास इस इष्टतम कक्षा में मंगल ग्रह पर एक अंतरिक्ष यान लॉन्च करने का अवसर होता है।... तो मंगल ग्रह पर पहले बुनियादी ढांचा भेजने की योजना है, और फिर 26 महीने बाद हम दल भेजेंगे।

बुनियादी ढांचा भेजने का मतलब सिर्फ यह सुनिश्चित करना नहीं है कि अंतरिक्ष यात्रियों को सांस लेने के लिए हवा और खाने के लिए भोजन मिले। इसका मतलब एक बिजली संयंत्र, एक आवास, रोवर्स और एक चढ़ाई वाहन भेजना और निर्माण करना भी है ताकि अंतरिक्ष यात्रियों को अपना मिशन पूरा होने के बाद वहां से निकलने की अनुमति मिल सके।

ऑक्सीजन इतनी महत्वपूर्ण क्यों है?

मंगल ग्रह पर बेस स्थापित करने में संबोधित किया जाने वाला पहला बड़ा मुद्दा ऑक्सीजन का उत्पादन है। जब आप मंगल ग्रह पर ऑक्सीजन के उत्पादन के बारे में सुनते हैं, तो आप संभवतः सबसे बुनियादी मानव आवश्यकता के बारे में सोचते हैं: सांस लेने के लिए हवा होना। और निश्चित रूप से, हमें मंगल ग्रह के निवास स्थान में सांस लेने योग्य वातावरण बनाने का एक तरीका खोजने की आवश्यकता है। लेकिन इसके लिए बड़ी मांग की तुलना में केवल अपेक्षाकृत कम मात्रा में ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है - रॉकेट के लिए प्रणोदक की जो सतह से अंतरिक्ष यात्रियों को लॉन्च करेगा।

हेचट ने कहा, "हम रॉकेट प्रणोदक बनाने की कोशिश कर रहे हैं।" "हम ईंधन बनाने की कोशिश नहीं कर रहे हैं, हम रासायनिक प्रतिक्रिया का वह हिस्सा बनाने की कोशिश कर रहे हैं जिसके बारे में हम पृथ्वी पर कभी नहीं सोचते हैं।" यहाँ पर पृथ्वी, जब आप अपनी कार के इंजन में गैसोलीन जलाते हैं, तो आप उसे बनाने के लिए ईंधन के वजन से कई गुना अधिक ऑक्सीजन का उपयोग करते हैं प्रतिक्रिया। चिमनी में लकड़ी जलाने के साथ भी ऐसा ही है।

हालाँकि, "यदि आप कहीं जाते हैं तो वहाँ मुफ्त ऑक्सीजन नहीं है, आपको इसे अपने साथ ले जाना होगा," हेचट ने कहा।

आधुनिक रॉकेटों में तरल ऑक्सीजन टैंक होते हैं जो इस प्रणोदक को प्रदान करते हैं, और वे लॉन्च के समय वजन का एक बड़ा हिस्सा बनाते हैं।

हेचट ने कहा, "हमें उन अंतरिक्ष यात्रियों को ग्रह से बाहर और कक्षा में ले जाने के लिए उस रॉकेट को ऊर्जा देने के लिए करीब 30 मीट्रिक टन ऑक्सीजन की आवश्यकता होगी।" “और अगर हमें उस 30 मीट्रिक टन ऑक्सीजन को अपने साथ मंगल ग्रह पर ले जाना है, तो यह पूरे मिशन को एक दशक पीछे धकेल देगा। एक खाली टैंक भेजना और उसे वहां ऑक्सीजन से भरना बहुत आसान है।”

जो उपलब्ध है उसका उपयोग करना

मंगल ग्रह पर ऑक्सीजन बनाने के लिए हेचट और उनके सहयोगी इन-सीटू रिसोर्स यूटिलाइजेशन (आईएसआरयू) नामक अवधारणा पर काम कर रहे हैं। अनिवार्य रूप से, इसका मतलब है कि मंगल ग्रह पर पहले से मौजूद चीज़ों का उपयोग करके हमें जो चाहिए वह तैयार करना है।

उन्होंने MOXIE (मार्स ऑक्सीजन इन-सीटू रिसोर्स यूटिलाइजेशन एक्सपेरिमेंट) नामक एक प्रयोग बनाया है, जिसे आसानी से मंगल ग्रह पर ले जाया गया। नासा दृढ़ता रोवर जो फरवरी 2021 में सफलतापूर्वक उतरा। MOXIE प्रभावी रूप से एक संभावित रूप से बहुत बड़े उपकरण का एक लघु संस्करण है जो कार्बन डाइऑक्साइड लेता है, जो मंगल ग्रह के वातावरण में प्रचुर मात्रा में है, और ऑक्सीजन का उत्पादन करता है।

यह जटिल लग सकता है, लेकिन वास्तव में, यह उपकरण पृथ्वी पर किसी प्रसिद्ध चीज़ के समान है। हेचट ने कहा, "मोक्सी काफी हद तक ईंधन सेल की तरह है।" “यह लगभग समान है। यदि आपने एक ईंधन सेल लिया और उसमें आने वाले दो तारों को उलट दिया, तो आपके पास एक इलेक्ट्रोलिसिस प्रणाली होगी। इसका मतलब है कि यदि यह एक ईंधन सेल होता, तो आपके पास एक ईंधन और एक ऑक्सीडाइज़र होता जो एक स्थिर अणु बनाता। यदि यह ईंधन और ऑक्सीजन के रूप में कार्बन मोनोऑक्साइड होता, तो यह कार्बन डाइऑक्साइड बनाता। आपको बिजली भी मिलती है.

“यदि आप इसे विपरीत दिशा में चलाते हैं, तो आपको कार्बन डाइऑक्साइड डालना होगा, और आपको बिजली डालनी होगी। लेकिन आप कार्बन मोनोऑक्साइड और ऑक्सीजन बाहर निकालते हैं। इस तरह हम जानते हैं कि यह कैसे करना है।”

यह प्रतीत होता है कि सरल विचार कट्टरपंथी है क्योंकि यह एक ऐसी समस्या से निपटता है जिसे अंतरिक्ष समुदाय के बाहर शायद ही कोई समस्या मानता है: ऑक्सीजन का उत्पादन। हेचट ने कहा, "कोई भी पृथ्वी पर ऑक्सीजन नहीं बनाना चाहता - हमारे पास इसका कोई कारण नहीं है।" “हमारे पास यह हर जगह प्रचुर मात्रा में है। लेकिन ईंधन सेल के कारण हमारे पास बहुत सारा ज्ञान है।”

ऑक्सीजन मशीन कैसे बनाएं

ऑक्सीजन मशीन बनाने के रासायनिक सिद्धांतों को समझना एक बात है, लेकिन एक ऐसे संस्करण को डिजाइन करना और बनाना जो रोवर में फिट हो सके, दूसरी बात है। अबूबेकर, NASA की जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी (JPL) में MOXIE के लिए एक थर्मल इंजीनियर, जो MOXIE में शामिल रहे हैं परियोजना ने अपने पूरे विकास के दौरान बताया कि प्रयोग कैसे किया गया और जेपीएल टीम को कुछ चुनौतियों का सामना करना पड़ा जूझना।

उन्होंने कहा, "हमारे पास काम करने के लिए द्रव्यमान और छोटी जगह के अलावा मुख्य संसाधन बाधा ऊर्जा थी।" “रोवर में एक रेडियोआइसोटोप थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर है, जो एक परमाणु ऊर्जा स्रोत है। इसलिए लोग सोचते हैं कि रोवर परमाणु ऊर्जा से संचालित है, लेकिन ऐसा नहीं है। यह परमाणु ट्रिकल चार्जर के साथ बैटरी चालित है।''

इसका मतलब है कि शोधकर्ताओं को इस बात को लेकर बेहद सावधान रहना होगा कि वे कितनी बिजली का उपयोग करते हैं ताकि बैटरी खत्म न हो। संपूर्ण पर्सीवरेंस रोवर केवल 110 वॉट पर चलता है, जो एक चमकदार प्रकाश बल्ब से थोड़ा ही अधिक है।

बदले में, MOXIE जैसा प्रयोग केवल थोड़ी मात्रा में बिजली का उपयोग कर सकता है। अबूबेकर ने कहा, "तो इस पर एक सीमा निर्धारित करें कि हम इसे गर्म करने के लिए कितनी हीटर शक्ति का उपयोग कर सकते हैं, कंप्रेसर - जो सिस्टम में गैस उड़ाता है - कितनी शक्ति खींच सकता है, और हम कितनी देर तक चला सकते हैं।"

यही कारण है कि दृढ़ता पर यात्रा करने वाले MOXIE का संस्करण इतना छोटा है, भले ही सिस्टम बड़े पैमाने पर उतना ही अच्छा या उससे भी बेहतर काम करेगा।

हम सिर्फ यह जानना चाहते हैं कि क्या यह काम करता है

लेकिन उपकरण को डिज़ाइन करना प्रयोग का केवल एक पक्ष है - दूसरा पक्ष यह जाँच रहा है कि क्या यह वास्तव में मंगल ग्रह पर काम करता है। यहां तक ​​कि एक अवधारणा के साथ जो यहां पृथ्वी पर ठोस रूप से काम करती है, विदेशी वातावरण के अप्रत्याशित परिणाम हो सकते हैं कम गुरुत्वाकर्षण और अपरिचित के कारण बीयरिंगों में गर्मी स्थानांतरित होने के तरीके को प्रभावित करने वाला पतला वातावरण धूल। यही कारण है कि जेपीएल इंजीनियर जल्द ही MOXIE से डेटा एकत्र करेंगे ताकि यह देखा जा सके कि वास्तविक मंगल ग्रह के वातावरण में इसका प्रदर्शन कैसा है।

अबूबेकर ने कहा, "कई मायनों में, MOXIE वास्तव में विज्ञान डेटा नहीं लेता है।" चट्टान के नमूनों का विश्लेषण करने के लिए उपयोग किए जाने वाले दूरबीन या स्पेक्ट्रोमीटर जैसे विज्ञान उपकरणों की तुलना में, MOXIE से एकत्र किया गया डेटा अपेक्षाकृत सरल है। “हमारे पास जो कुछ है वह लगभग इंजीनियरिंग टेलीमेट्री डेटा जैसा है। हम वोल्टेज, करंट और तापमान, जैसी चीज़ें मापते हैं। यह हमारा डेटा है, और डेटा की मात्रा वास्तव में काफी कम है। आप इसे फ्लॉपी डिस्क पर लगभग फिट कर सकते हैं।"

इसका मतलब है कि टीम को कुछ ही दिनों में बहुत जल्दी फीडबैक मिल सकता है कि सिस्टम इच्छानुसार काम कर रहा है या नहीं। अन्य दृढ़ता उपकरणों के विपरीत, जिसके लिए डेटा विश्लेषण में सप्ताह, महीने या साल भी लगते हैं, MOXIE एक प्रयोग के साथ-साथ एक व्यावहारिक प्रदर्शन भी है।

अबूबेकर ने कहा, "कई मायनों में, हम जो कर रहे हैं वह विज्ञान नहीं है, यह प्रौद्योगिकी है।" “ज्यादातर, हम सिर्फ यह जानना चाहते हैं कि क्या यह काम करता है। और, यदि हम भविष्य में इसे बढ़ाना चाहते हैं, तो ऐसा करने के लिए हमें किस प्रकार की चीज़ें करने की आवश्यकता होगी?”

मंगल ग्रह के लिए एक मैकमुर्डो स्टेशन

यदि MOXIE सफल होता है, तो यह प्रदर्शित कर सकता है कि ISRU का सिद्धांत मंगल ग्रह पर कैसे काम कर सकता है। फिर परियोजना को बढ़ाना और एक पूर्ण-स्तरीय संस्करण बनाना अपेक्षाकृत सरल है जो बहुत अधिक दर पर ऑक्सीजन का उत्पादन कर सकता है। और अच्छी खबर यह है कि एक बड़ा संस्करण अधिक कुशल होगा और बहुत अधिक बिजली की आवश्यकता के बिना काफी मात्रा में ऑक्सीजन का उत्पादन कर सकता है।

ऑक्सीजन की व्यवस्था के साथ, हम अन्य प्रकार के संसाधनों की ओर बढ़ सकते हैं जिनकी हमें मंगल ग्रह पर रहने वाले मनुष्यों के लिए आवश्यकता होगी। ग्रह पर एक आधार स्थापित करने के लिए हमें सबसे आवश्यक संसाधनों में से एक की आवश्यकता होगी पानी. न केवल मनुष्यों के पीने के लिए, बल्कि इसलिए भी कि पानी (या हाइड्रोजन) और कार्बन डाइऑक्साइड को विभिन्न प्रकार के उपयोगी रसायनों में जोड़ा जा सकता है।

हेचट ने कहा, "अल्पावधि में विचार यह है कि हम अपने मिशन को व्यवहार्य बनाने के लिए एक निश्चित मात्रा में स्वायत्त आईएसआरयू बनाना चाहते हैं।" “एक बार ग्रह पर हमारा बेस बन जाए, जैसे अंटार्कटिका में मैकमुर्डो स्टेशन या अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन, तो आप बर्फ खनन जैसे आईएसआरयू के और भी अधिक आक्रामक प्रकारों के बारे में सोच सकते हैं।

“बहुत से लोग महसूस करते हैं कि हमें स्वायत्त रूप से बर्फ का खनन करना चाहिए। लेकिन मैं कहता हूं कि नहीं, यह प्रयास के लायक नहीं है। बर्फ एक खनिज है, जिसका अर्थ है कि आपको इसकी संभावना तलाशनी होगी, आपको इसे खोदना होगा, आपको इसे शुद्ध करना होगा। इसे लाना ही आसान होगा. हालाँकि, MOXIE जैसा कुछ एक यांत्रिक पेड़ है। यह कार्बन डाइऑक्साइड ग्रहण करता है और ऑक्सीजन छोड़ता है।”

हेचट का तर्क है कि खनन के माध्यम से संसाधनों का शिकार करने की तुलना में, MOXIE बहुत सरल है। “इसे कहीं जाने की ज़रूरत नहीं है, इसे कुछ भी खोजने की ज़रूरत नहीं है। ये आईआरएसयू पद्धतियों के प्रकार हैं जो अल्पावधि में वास्तव में व्यावहारिक हैं। आप बाकी काम तब तक टाल देते हैं जब तक आपके पास सतह पर ऐसे लोग न हों जो अधिक जटिल कार्य कर सकते हैं।

अप्रत्याशित मंगल ग्रह का इनाम

मंगल ग्रह पर प्रचुर मात्रा में जल-बर्फ है, लेकिन यह ध्रुवों पर स्थित है, जबकि अधिकांश मंगल मिशन भूमध्य रेखा पर उतरने पर ध्यान केंद्रित करना चाहते हैं, जो एक रेगिस्तान की तरह है। इस समस्या से निपटने की वर्तमान अवधारणाओं में वैश्विक बर्फ मानचित्रण का विचार शामिल है, जहां भविष्य में उपयोग के लिए बर्फ की छोटी मात्रा वाले स्थानों को मैप किया जा सकता है।

दूसरा विकल्प मंगल ग्रह की मिट्टी में मौजूद खनिजों से पानी निकालना है। हेचट ने बताया, "जिप्सम और एप्सम नमक जैसे खनिज हैं जो सल्फेट हैं और बहुत सारा पानी आकर्षित करते हैं।" “तो आप उन्हें खोदकर पका सकते हैं और पानी निकाल सकते हैं। आप पानी के लिए मिट्टी का खनन कर सकते हैं, जो काफी प्रचुर मात्रा में है।"

लेकिन मंगल ग्रह पर न केवल वैसी ही सामग्रियां हैं जो हम यहां पृथ्वी पर पाते हैं। इसमें बड़ी मात्रा में परक्लोरेट (ClO4) नामक रसायन भी होता है, जो मानव स्वास्थ्य के लिए खतरनाक है और हमारे ग्रह पर केवल कम मात्रा में पाया जाता है। जहरीला होने के बावजूद, यह पदार्थ अपने रासायनिक गुणों के कारण बेहद उपयोगी हो सकता है, क्योंकि इसका उपयोग ठोस रॉकेट बूस्टर, आतिशबाजी और एयरबैग जैसी चीजों में किया जाता है।

हेचट ने कहा, "मंगल ग्रह पर, मिट्टी में अधिकांश क्लोरीन परक्लोरेट बन जाता है।" “यह मिट्टी का लगभग 1% हिस्सा बनाता है। और इसमें जबरदस्त मात्रा में ऊर्जा होती है. जब आप सीएल बनाने के लिए सीएलओ4 से ऑक्सीजन परमाणु छोड़ते हैं, तो इससे जबरदस्त मात्रा में ऊर्जा निकलती है। मैंने हमेशा सोचा था कि फसल काटने के लिए यह एक बेहतरीन संसाधन होगा।''

इसके साथ समस्या यह है कि ये सभी अनुप्रयोग विस्फोटक हैं, और Clo4 की प्रतिक्रिया को नियंत्रित करना चुनौतीपूर्ण है। हालाँकि, एक ऐसी प्रणाली है जिसमें एक का उपयोग करके ऊर्जा को धीरे से जारी करने की क्षमता है जैविक रिएक्टर.

हेचट ने बताया, "सूक्ष्मजीव इस चीज़ को खा सकते हैं और ऊर्जा पैदा कर सकते हैं।" “और लोगों ने वास्तव में इस प्रकार के जैविक रिएक्टर बनाए हैं, जो बैक्टीरिया के टैंक हैं जो कुछ पदार्थों को पचाते हैं और उससे ऊर्जा निकालते हैं।

“तो मेरे पास रोवर के पीछे एक जैविक रिएक्टर का दृश्य है, और अंतरिक्ष यात्री अंदर जाता है और चारों ओर ड्राइव करता है। और जब पावर गेज कम हो जाता है, तो वे बाहर निकलते हैं और पीछे के हॉपर में मिट्टी डालना शुरू कर देते हैं, और सूक्ष्मजीव मिट्टी खाते हैं और ऊर्जा बनाते हैं और अंतरिक्ष यात्री गाड़ी चलाना जारी रख सकते हैं। यह एक पागलपन भरा विचार है लेकिन यह मेरी पसंदीदा संसाधन उपयोग अवधारणा है।"

यह लेख का हिस्सा है मंगल पर जीवन - एक 10-भाग की श्रृंखला जो अत्याधुनिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी की खोज करती है जो मनुष्यों को मंगल ग्रह पर कब्जा करने की अनुमति देगी।

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