როგორ ავაშენებთ ბაზას სუნთქვითი ჰაერით მარსზე

რაც არ უნდა შემაშინებელი იყოს ადამიანების პირველად სხვა პლანეტაზე გაგზავნა, იქ მოხვედრა გამოწვევის მხოლოდ ნახევარია. დიდი პრობლემა არის ის, თუ როგორ შეიძლება არსებობდეს ადამიანი პლანეტის ზედაპირზე, რომელსაც აქვს არასუნთქვადი ატმოსფერო, კოსმოსური გამოსხივება და ზედაპირის გაყინვა სახლიდან მილიონობით მილის დაშორებით.

ჩვენ გვინდოდა გაგვეგო, თუ როგორ აპირებდით უცხო პლანეტის მომზადებას ადამიანის საცხოვრებლად, ამიტომ ვესაუბრეთ მასაჩუსეტსის ინსტიტუტის ორ ექსპერტს. ტექნოლოგიის პროფესორი მაიკლ ჰეხტი და NASA-ს ინჟინერი ასად აბუბეკერი, რათა გაარკვიონ, როგორ შეინარჩუნონ ასტრონავტები პლანეტაზე, რომელსაც მოკვლა სურს. მათ.

ეს სტატია არის ნაწილი ცხოვრება მარსზე — 10 ნაწილისგან შემდგარი სერია, რომელიც იკვლევს უახლესი მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების შესახებ, რომელიც საშუალებას მისცემს ადამიანებს დაიკავონ მარსი

შესაძლებლობების ფანჯარა

წითელ პლანეტაზე ადამიანების გაგზავნის მნიშვნელოვანი დროა. დედამიწისა და მარსის ორბიტების გამო, ერთი პლანეტიდან მეორეზე გადასასვლელად ყველაზე მარტივი გზაა ტრაექტორიის გამოყენება, რომელსაც ე.წ. ჰოჰმანის გადაცემის ორბიტა, რომლის დროსაც ხომალდი მოძრაობს ორბიტაზე, რომელიც თანდათან სპირალდება გარეთ.

"ეს არის პლანეტების ბრუნვის გამო", - განმარტა ჰეხტმა. „დედამიწა მარსის ორბიტაშია და ის უფრო სწრაფად ბრუნავს, ვიდრე მარსი, ამიტომ მას რამდენჯერმე შემოუვლის. მარსის წელი თითქმის ორი დედამიწის წელია“.

”ასე რომ, თქვენ უნდა გამოთვალოთ გაშვების დრო. მარსის ყოველწლიურად არის ფანჯარა - ყოველ 26 თვეში, იმ დროს, რომელსაც მარსის ოპოზიციას უწოდებენ, როდესაც მარსი დედამიწასთან ახლოსაა. ასე რომ, ყოველ 26 თვეში, თქვენ გაქვთ შესაძლებლობა გაუშვათ კოსმოსური ხომალდი მარსზე ამ ოპტიმალურ ორბიტაზე. ასე რომ, მარსის გეგმები ჯერ ინფრასტრუქტურის გაგზავნაა, შემდეგ კი 26 თვის შემდეგ ჩვენ გავაგზავნით ეკიპაჟს.

ინფრასტრუქტურის გაგზავნა არ ნიშნავს მხოლოდ დარწმუნდეს, რომ ასტრონავტებისთვის არის ჰაერი სუნთქვისთვის და საკვები მათთვის საჭმელად. ეს ასევე ნიშნავს ელექტროსადგურის, ჰაბიტატის, როვერების და ასვლის მანქანის გაგზავნას და მშენებლობას, რათა ასტრონავტებს მისიის დასრულების შემდეგ დატოვონ საშუალება.

რატომ არის ჟანგბადი ასე მნიშვნელოვანი

პირველი მნიშვნელოვანი საკითხი, რომელიც უნდა განიხილებოდეს მარსის ბაზის შექმნისას, არის ჟანგბადის წარმოება. როდესაც გესმით მარსზე ჟანგბადის წარმოების შესახებ, თქვენ ალბათ ფიქრობთ ადამიანის ყველაზე ძირითად მოთხოვნილებაზე: ჰაერის ქონა სუნთქვისთვის. და რა თქმა უნდა, ჩვენ უნდა ვიპოვოთ გზა, რომ შევქმნათ სუნთქვადი ატმოსფერო შეზღუდულ მარსის ჰაბიტატში. მაგრამ ეს მოითხოვს მხოლოდ შედარებით მცირე რაოდენობით ჟანგბადს დიდ მოთხოვნილებასთან შედარებით - საწვავი რაკეტისთვის, რომელიც ასტრონავტებს ზედაპირიდან გაუშვებს.

”ჩვენ ვცდილობთ, რომ სარაკეტო საწვავი ვაწარმოოთ,” - თქვა ჰეხტმა. „ჩვენ არ ვცდილობთ საწვავის წარმოებას, ჩვენ ვცდილობთ შევქმნათ ქიმიური რეაქციის ის ნაწილი, რაზეც დედამიწაზე არასდროს ვფიქრობთ“. აქ დედამიწა, როდესაც წვავთ ბენზინს თქვენი მანქანის ძრავში, თქვენ იყენებთ ჟანგბადში საწვავის წონაზე რამდენჯერმე ღირებულების საწვავს ამის შესაქმნელად. რეაქცია. იგივეა ბუხარში მორის დაწვა.

თუმცა, „თუ სადმე მიდიხართ, სადაც თავისუფალი ჟანგბადი არ არის, ის თქვენთან უნდა წაიღოთ“, დასძინა ჰეხტმა.

თანამედროვე რაკეტებს აქვთ თხევადი ჟანგბადის ავზები, რომლებიც უზრუნველყოფენ ამ საწვავს და ისინი ქმნიან წონის მნიშვნელოვან ნაწილს გაშვებისას.

”ჩვენ დაგვჭირდება დაახლოებით 30 ტონა ჟანგბადი ამ რაკეტის გამოსაყენებლად, რათა ეს ასტრონავტები პლანეტიდან ორბიტაზე წავიყვანოთ,” - თქვა ჰეხტმა. „და თუ ჩვენ მოგვიწევს ამ 30 ტონა ჟანგბადის წაყვანა მარსზე, ეს მთელ მისიას ათწლეულის უკან გადააბრუნებს. გაცილებით ადვილია ცარიელი ავზის გაგზავნა და იქ ჟანგბადით შევსება“.

ხელმისაწვდომის გამოყენება

მარსზე ჟანგბადის შესაქმნელად, ჰეხტი და მისი კოლეგები მუშაობენ კონცეფციაზე, რომელსაც ეწოდება in-situ რესურსების გამოყენება (ISRU). არსებითად, ეს ნიშნავს იმას, რაც უკვე არის მარსზე, რათა შევქმნათ ის, რაც გვჭირდება.

მათ ააშენეს ექსპერიმენტი, სახელწოდებით MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment), რომელიც მარსზე ხელით გადაიტანეს. NASA Perseverance როვერი რომელიც წარმატებით დაეშვა 2021 წლის თებერვალში. MOXIE არის პოტენციურად ბევრად უფრო დიდი მოწყობილობის მინიატურული ვერსია, რომელიც იღებს ნახშირორჟანგს, რომელიც უხვად არის მარსის ატმოსფეროში და გამოიმუშავებს ჟანგბადს.

ეს შეიძლება რთულად ჟღერდეს, მაგრამ სინამდვილეში, მოწყობილობა ჰგავს რაღაც კარგად ცნობილს აქ დედამიწაზე. "MOXIE ძალიან ჰგავს საწვავის უჯრედს", - თქვა ჰეხტმა. ”ეს თითქმის იდენტურია. თუ აიღებთ საწვავის უჯრედს და შებრუნებულ ორ მავთულს, გექნებათ ელექტროლიზის სისტემა. ეს ნიშნავს, რომ ეს საწვავის უჯრედი რომ ყოფილიყო, გექნებოდათ საწვავი და ოქსიდიზატორი, რომლებიც სტაბილურ მოლეკულას წარმოადგენენ. ეს რომ იყოს ნახშირბადის მონოქსიდი, როგორც საწვავი და ჟანგბადი, ის წარმოქმნიდა ნახშირორჟანგს. თქვენ ასევე გამოიღებთ ელექტროენერგიას.

„თუ უკუღმა მართავ, ნახშირორჟანგი უნდა ჩაყარო და ელექტროენერგია. მაგრამ თქვენ გამოყოფთ ნახშირორჟანგს და ჟანგბადს. ასე ვიცით როგორ გავაკეთოთ ეს“.

ეს ერთი შეხედვით მარტივი იდეა რადიკალურია, რადგან ის ებრძვის პრობლემას, რომელიც კოსმოსური საზოგადოების გარეთ ძლივს ფიქრობს პრობლემად: ჟანგბადის წარმოება. „არავის სურს დედამიწაზე ჟანგბადის შექმნა - ჩვენ ამის მიზეზი არ გვაქვს“, - თქვა ჰეხტმა. „ეს ყველგან გვაქვს უამრავი. მაგრამ ჩვენ გვაქვს ბევრი ცოდნა საწვავის უჯრედების გამო. ”

როგორ ავაშენოთ ჟანგბადის მანქანა

ჟანგბადის აპარატის შექმნის ქიმიური პრინციპების გაგება ერთია, მაგრამ ისეთი ვერსიის დაპროექტება და აშენება, რომელიც როვერს მოერგება, მეორეა. Aboobaker, MOXIE-ს თერმული ინჟინერი NASA-ს რეაქტიული მოძრაობის ლაბორატორიაში (JPL), რომელიც ჩართული იყო MOXIE-ში პროექტი მთელი მისი განვითარების განმავლობაში, განმარტა, თუ როგორ აშენდა ექსპერიმენტი და ზოგიერთი გამოწვევა JPL-ის გუნდს დაძლევა.

”მთავარი რესურსის შეზღუდვა, რაც ჩვენ გვქონდა, გარდა მასისა და მცირე სივრცისა, იყო ენერგია,” - თქვა მან. „როვერს აქვს რადიოიზოტოპური თერმოელექტრული გენერატორი, რომელიც არის ბირთვული ენერგიის წყარო. ასე რომ, ხალხი ფიქრობს, რომ როვერი ატომურ ენერგიაზე მუშაობს, მაგრამ ეს ასე არ არის. ის იკვებება ბატარეით, ბირთვული დამტენით.

ეს ნიშნავს, რომ მკვლევარებმა უნდა იყვნენ უკიდურესად ფრთხილად, რამდენ ენერგიას მოიხმარენ, რათა არ დაიცვან ბატარეა. მთელი Perseverance Rover მუშაობს მხოლოდ 110 ვატზე, რაც ცოტათი მეტია ვიდრე კაშკაშა ნათურა.

თავის მხრივ, ექსპერიმენტს, როგორიცაა MOXIE, შეუძლია გამოიყენოს მხოლოდ ენერგიის მცირე რაოდენობა. ”ასე რომ, ამან დააწესა ლიმიტი იმის შესახებ, თუ რამდენი გამათბობელი გამოვიყენებთ მის გასათბობად, რამდენი სიმძლავრე შეუძლია კომპრესორს - რომელიც აფრქვევს გაზს სისტემაში - და რამდენ ხანს შეგვიძლია ვიმუშაოთ,” - თქვა აბუბეკერმა.

სწორედ ამიტომ, MOXIE-ის ვერსია, რომელიც მოგზაურობს Perseverance-ზე, იმდენად მცირეა, მიუხედავად იმისა, რომ სისტემა იმუშავებს ისევე კარგად ან უკეთესად უფრო დიდი მასშტაბით.

ჩვენ უბრალოდ გვინდა ვიცოდეთ მუშაობს თუ არა

მაგრამ აღჭურვილობის დაპროექტება ექსპერიმენტის მხოლოდ ერთი მხარეა - მეორე მხარე ამოწმებს, მუშაობს თუ არა მარსზე. იმ კონცეფციითაც კი, რომელიც მყარად მუშაობს აქ, დედამიწაზე, შეიძლება იყოს უცხო გარემოს მოულოდნელი შედეგები. თხელი ატმოსფერო, რომელიც გავლენას ახდენს სითბოს გადაცემაზე, საკისრებზე, რომლებიც აცვია მოულოდნელად დაბალი სიმძიმის გამო და უცნობია მტვერი. ამიტომაც JPL-ის ინჟინრები მალე შეაგროვებენ მონაცემებს MOXIE-დან, რათა ნახონ, როგორ წარიმართება ის რეალურ მარსიანულ გარემოში.

”ბევრი თვალსაზრისით, MOXIE ნამდვილად არ იღებს მეცნიერულ მონაცემებს,” - თქვა აბობეკერმა. სამეცნიერო ინსტრუმენტებთან შედარებით, როგორიცაა ტელესკოპები ან სპექტრომეტრები, რომლებიც გამოიყენება ქანების ნიმუშების გასაანალიზებლად, MOXIE-დან შეგროვებული მონაცემები შედარებით მარტივია. „რაც ჩვენ გვაქვს თითქმის საინჟინრო ტელემეტრიის მონაცემებს ჰგავს. ჩვენ ვზომავთ ძაბვებს, დენებს და ტემპერატურას, მსგავსი რამ. ეს არის ჩვენი მონაცემები და მონაცემთა მოცულობა რეალურად საკმაოდ მცირეა. თითქმის შეგეძლო მისი მოთავსება ფლოპი დისკზე“.

ეს ნიშნავს, რომ გუნდს შეუძლია მიიღოს ძალიან სწრაფი გამოხმაურება იმის შესახებ, მუშაობს თუ არა სისტემა დანიშნულებისამებრ - რამდენიმე დღეში. სხვა Perseverance ინსტრუმენტებისგან განსხვავებით, რომლებისთვისაც მონაცემთა ანალიზს კვირები, თვეები ან წლები სჭირდება, MOXIE არის პრაქტიკული დემონსტრირება ისევე, როგორც ექსპერიმენტი.

”ბევრი თვალსაზრისით, რასაც ჩვენ ვაკეთებთ არ არის მეცნიერება, ეს არის ტექნოლოგია”, - თქვა აბუბეკერმა. ”ძირითადად, ჩვენ უბრალოდ გვინდა ვიცოდეთ, მუშაობს თუ არა. და, თუ ჩვენ გვინდოდა მისი გაფართოება მომავალში, რა სახის საქმეები გვჭირდება ამის გასაკეთებლად?”

მაკმურდოს სადგური მარსისთვის

თუ MOXIE წარმატებულია, მას შეუძლია აჩვენოს, თუ როგორ მუშაობს ISRU პრინციპი მარსზე. შემდეგ შედარებით მარტივია პროექტის მასშტაბირება და სრულმასშტაბიანი ვერსიის შექმნა, რომელსაც შეუძლია ჟანგბადის გაცილებით მაღალი სიჩქარით გამომუშავება. და კარგი ამბავი ის არის, რომ უფრო დიდი ვერსია იქნება უფრო ეფექტური და შეუძლია წარმოქმნას ჟანგბადის მნიშვნელოვანი რაოდენობა ზედმეტი ენერგიის მოთხოვნის გარეშე.

ჟანგბადის დალაგებით, ჩვენ შეგვიძლია გადავიდეთ სხვა სახის რესურსებზე, რომლებიც გვჭირდება მარსზე მცხოვრები ადამიანებისთვის. კიდევ ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი რესურსი, რომელიც პლანეტაზე ბაზის შესაქმნელად დაგვჭირდება არის წყალი. არა მხოლოდ ადამიანების დასალევად, არამედ იმიტომ, რომ წყალი (ან წყალბადი) და ნახშირორჟანგი შეიძლება გაერთიანდეს უზარმაზარ მრავალფეროვან სასარგებლო ქიმიკატებში.

”იდეა მოკლევადიან პერსპექტივაში არის ის, რომ ჩვენ გვინდა გავაკეთოთ გარკვეული რაოდენობის ავტონომიური ISRU, რათა ჩვენი მისიები განხორციელებული იყოს”, - თქვა ჰეხტმა. „როდესაც ჩვენ გვექნება ბაზა პლანეტაზე, როგორიცაა მაკმურდოს სადგური ანტარქტიდაში ან როგორც საერთაშორისო კოსმოსური სადგური, მაშინ შეგიძლიათ იფიქროთ ISRU-ს უფრო აგრესიულ ტიპებზე, როგორიცაა ყინულის მოპოვება.

„ბევრი ფიქრობს, რომ ყინულის მოპოვება დამოუკიდებლად უნდა მოხდეს. მაგრამ მე ვამბობ არა, არ ღირს ძალისხმევა. ყინული არის მინერალი, ანუ თქვენ უნდა მოიძიოთ იგი, უნდა გათხაროთ, უნდა გაწმინდოთ. მისი მოტანა უფრო ადვილი იქნება. რაღაც MOXIE, თუმცა, არის მექანიკური ხე. ის სუნთქავს ნახშირორჟანგს და ამოისუნთქავს ჟანგბადს“.

მაინინგის საშუალებით რესურსების მოპოვებასთან შედარებით, MOXIE გაცილებით მარტივია, ამტკიცებს ჰეხტი. „არსად არ უნდა წავიდეს, არაფრის ძიება არ უნდა. ეს არის IRSU მეთოდები, რომლებიც მართლაც პრაქტიკულია მოკლევადიან პერსპექტივაში. დანარჩენს გადადებთ მანამ, სანამ ზედაპირზე არ გეყოლებათ ადამიანები, რომლებსაც შეუძლიათ უფრო რთული ამოცანების შესრულება.

მოულოდნელი მარსიანური სიკეთე

მარსს აქვს უამრავი წყლის ყინული, მაგრამ ის მდებარეობს პოლუსებზე, მაშინ როდესაც მარსის მისიების უმეტესობას სურს ფოკუსირება მოახდინოს ეკვატორზე დაშვებაზე, რომელიც უდაბნოს ჰგავს. ამ საკითხის გადასაჭრელად არსებული კონცეფციები მოიცავს გლობალური ყინულის რუქების იდეას, სადაც ყინულის უფრო მცირე რაოდენობით მდებარეობები შეიძლება დაინიშნოს მომავალი გამოყენებისთვის.

კიდევ ერთი ვარიანტია წყლის ამოღება მარსის ნიადაგის მინერალებიდან. „არსებობს მინერალები, როგორიცაა თაბაშირი და ეპსომის მარილები, რომლებიც სულფატებია და იზიდავს უამრავ წყალს“, - განმარტა ჰეხტმა. „ასე რომ, თქვენ შეგეძლოთ ისინი ამოთხაროთ, გამოაცხოთ და წყალი ამოიღოთ. შეგიძლიათ ნიადაგის მოპოვება წყლისთვის, რომელიც საკმაოდ ბევრია“.

მაგრამ მარსს არა მხოლოდ აქვს მსგავსი მასალები, რაც ჩვენ დედამიწაზე ვპოულობთ. მას ასევე აქვს დიდი რაოდენობით ქიმიკატი პექლორატი (ClO4), რომელიც სახიფათოა ადამიანის ჯანმრთელობისთვის და მხოლოდ მცირე რაოდენობით გვხვდება ჩვენს პლანეტაზე. მიუხედავად იმისა, რომ ტოქსიკურია, ეს ნივთიერება შეიძლება იყოს უკიდურესად სასარგებლო მისი ქიმიური თვისებების გამო, რადგან ის გამოიყენება რაკეტების მყარ გამაძლიერებლებში, ფეიერვერკებში და აირბალიშებში.

„მარსზე, ნიადაგში ქლორის უმეტესი ნაწილი პექლორატია“, - თქვა ჰეხტმა. „იგი ნიადაგის თითქმის 1%-ს შეადგენს. და მას აქვს უზარმაზარი ენერგია. როდესაც თქვენ გამოყოფთ ჟანგბადის ატომებს ClO4-დან Cl-ის შესაქმნელად, ის გამოყოფს უზარმაზარ ენერგიას. მე ყოველთვის ვფიქრობდი, რომ ეს იქნებოდა მოსავლის აღების შესანიშნავი რესურსი. ”

პრობლემა ის არის, რომ ეს პროგრამები ფეთქებადია და ClO4-ის რეაქციის კონტროლი რთულია. თუმცა, არსებობს სისტემა, რომელსაც აქვს პოტენციალი, გაათავისუფლოს ენერგია ნაზად, გამოყენებით a ბიოლოგიური რეაქტორი.

„მიკრობებს შეუძლიათ ამ ნივთიერების ჭამა და ენერგიის გამომუშავება“, - განმარტა ჰეხტმა. „და ადამიანებმა რეალურად ააშენეს ასეთი სახის ბიოლოგიური რეაქტორები, რომლებიც ბაქტერიების ავზებია, რომლებიც შლიან რაღაც ნივთიერებას და მისგან ენერგიას იღებენ.

”ასე რომ, მე მაქვს ბიოლოგიური რეაქტორის ეს ხედვა როვერის უკანა მხარეს, და ასტრონავტი ჩადის და მოძრაობს. და როდესაც დენის ლიანდაგი იკლებს, ისინი გამოდიან და იწყებენ ნიადაგის ნიჩბებს უკანა ბუნკერში, მიკრობები ჭამენ ნიადაგს და გამოიმუშავებენ ენერგიას და ასტრონავტს შეუძლია გააგრძელოს მგზავრობა. ეს გიჟური იდეაა, მაგრამ ეს არის ჩემი შინაური ცხოველების რესურსების გამოყენების კონცეფცია. ”

ეს სტატია არის ნაწილი ცხოვრება მარსზე — 10 ნაწილისგან შემდგარი სერია, რომელიც იკვლევს უახლესი მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების შესახებ, რომელიც საშუალებას მისცემს ადამიანებს დაიკავონ მარსი.

რედაქტორების რეკომენდაციები

• კოსმოლოგიური მგზავრობა: მარსზე ადამიანების დაყენების რთული ლოგისტიკა
• სრულყოფილება: როგორ მივიყვანთ ადამიანებს მარსზე
• ქვიშისგან დამზადებული ციხესიმაგრეები: როგორ შევქმნით ჰაბიტატებს მარსის ნიადაგით
• მოსავლის დატენიანება: როგორ შექმნიან და შეაგროვებენ წყალს მარსზე მომავალი დევნილები
• ასტროსოფლის მეურნეობა: როგორ მოვიყვანთ ნათესებს მარსზე