수화 수확: 화성에서 물을 모으는 방법

우리는 수십 년 동안 인간을 다른 행성으로 보내는 것을 꿈꿔 왔으며 최근 화성 탐사에 대한 관심이 급증하면서 언젠가는 그것이 현실이 될 것 같습니다.

하지만 사람이 붉은 행성에 발을 디딜 준비가 되기 전에 해야 할 일이 많습니다.

화성을 방문하는 사람들이 필요로 하는 모든 자원 중에서 가장 중요한 것 중 하나는 식수뿐만 아니라 로켓 추진제 및 산소와 같은 기타 물질을 만들기 위한 물입니다. 그리고 만약 우리가 그곳에서 농업을 시작하기를 희망합니다, 농작물이 계속 자라려면 물이 많이 필요합니다.

그러나 화성의 표면은 건조하고 황량한 사막처럼 보입니다. 오늘날 화성에는 호수도, 강도, 강우도 없습니다.

그렇다면 우리는 어디서 물을 얻을까요? 우리는 세 명의 전문가와 이야기를 나누었습니다.

이 글은 화성에 생명체 – 인간이 화성을 점령할 수 있게 해주는 최첨단 과학 기술을 탐구하는 10부작 시리즈

화성에서 물 찾기

화성에 완전한 운영 기지를 구축하려면 몇 년이 더 남았지만 NASA와 같은 우주 기관은 이미 물 문제에 대해 생각하고 있습니다. 지구에서 물을 가져오는 것은 비실용적입니다. 임무에 필요한 모든 물을 로켓으로 운반하기에는 너무 무겁습니다. 따라서 계획은 화성 환경에서 물을 수집하는 것이며 이를 위해서는 물이 어디에 있는지 알아야 합니다.

좋은 소식은 화성 표면에 극지방을 덮고 있는 얼음을 포함하여 얼음 형태의 물이 풍부하다는 것입니다. 거대한 분화구. 나쁜 소식은 이 얼어붙을 정도로 추운 지역에 대한 임무가 -240°F의 낮은 온도에서 인간과 기계 모두를 따뜻하게 유지하는 데 필요한 에너지 양과 같은 고유한 문제를 제시한다는 것입니다. 이것이 대부분의 화성 임무의 초점이 온도가 더 온화한 중위도 지역인 이유입니다.

이 지역의 표면에는 얼음이 없지만 지하에는 얼음이 있습니다. 그러나 삽을 들고 우주 비행사를 보내 지구상의 모든 먼지를 샘플링하지 않는 한, 지하 얼음을 빠르고 효율적으로 매핑할 방법이 필요합니다.

X는 그 자리를 표시

그것이 행성 과학 연구소의 Gareth Morgan과 Than Putzig가 SWIM(Subsurface Water Ice Mapping) 프로젝트의 일환으로 작업하고 있는 것입니다. 그들과 동료들은 5개의 서로 다른 궤도 화성 장비에서 얻은 20년 간의 데이터를 결합하여 표면 아래에 얼음이 있을 가능성이 가장 높은 위치를 파악했습니다. 레이더 판독값이나 수소 표시와 같은 각 데이터 세트는 자체적으로 다음 여부에 대해 많은 정보를 제공할 수 있습니다. 얼음은 특정 위치에 있지만 조합하여 얼음을 찾기 위한 주요 위치를 나타낼 수 있습니다. BE.

그들의 작업 목표는 우주 비행사가 접근할 수 있도록 NASA가 유인 임무를 위한 미래 착륙 지점을 선택하도록 돕는 것입니다. 과학적으로 흥미로운 탐험을 선택할 수 있도록 가능한 한 많은 자유를 허용하면서 지하 얼음 영역.

모건은 "기술과 공학은 인간을 화성에 보내는 방법을 정의할 것이며, 인간은 그것이 일어날 수 있는 장소에 대한 자체적인 제약을 갖게 될 것"이라고 말했다. 그들은 또한 과학계가 가장 과학적으로 실행 가능하고 흥미롭고 매혹적인 착륙 장소를 찾기를 원합니다. 따라서 우리의 임무는 두 팀 모두 리소스가 어디에 있는지에 대한 폭 넓은 이해를 제공함으로써 두 세계를 연결하는 것입니다.”

이 지도는 얼음이 발견될 가능성이 있는 위치를 표시할 수 있지만 얼음이 지하 5미터 미만인 경우에만 가능합니다. 또한 사용된 감지 방법은 해당 지역의 얼음 함량에 대한 대략적인 추정만 제공할 수 있기 때문에 주어진 지역에서 얼음이 정확히 얼마나 깊은지에 대해 정확히 파악하기 어렵습니다.

그리고 표면 아래 몇 인치 아래에 있는 얼음과 몇 미터의 조밀한 암석 아래에 있는 얼음에 접근하는 것이 얼마나 어려운지에 대한 실질적인 차이가 있습니다.

얼음 감지를 위한 새로운 도구

화성의 얼음이 얼마나 깊은지 알아내려면 다음과 같은 새로운 노력이 필요합니다. 화성 얼음 매퍼 임무: NASA와 다른 국제 우주 기관들이 함께 작업하고 있는 우주선으로, 화성 궤도를 돌고 두 가지 유형의 레이더 방법론을 사용하여 얼음 아래에 얼마나 깊은 얼음이 있는지 감지합니다. 표면.

"핵심 아이디어는 더 높은 주파수, 더 높은 해상도의 레이더를 갖는 것"이라고 Putzig는 설명했습니다. Ice Mapper 임무는 아직 개념 단계에 있으며 그와 Morgan은 직접 관여하지 않습니다. 그러나 그들은 다른 과학자들로부터 임무에 대한 개념에 대해 들었고 그것이 어떻게 작동하는지에 대한 세부 사항을 공유했습니다.

매퍼가 사용할 첫 번째 레이더 방법은 합성 조리개 레이더 이미징이라고 합니다. 이것은 표면에 비스듬히 향하는 레이더를 포함하며 "얕은 얼음의 광범위한 분포에 대한 감각을 제공합니다"라고 Putzig는 말했습니다. "이 방법을 사용하면 비교적 빠르게 넓은 지역에 걸쳐 매핑할 수 있습니다."

두 번째 방법은 레이더 사운딩(Radar Sounding)으로, 레이더가 얼음층 상단에서 튕겨 나오도록 똑바로 아래를 향하도록 합니다. 이것은 얼음층이 얼마나 깊은지를 알려줍니다. 이 둘을 합치면 "지도 보기와 횡단면 보기가 된다"고 그는 말했다.

그리고 어디를 파야할지 압니다.

물을 찾으면 접근하기

얼음을 찾는 것은 물을 모으는 첫 번째 단계에 불과합니다. 지하에 있는 단단한 얼음 블록에서 깨끗하고 안전한 물을 식수 및 기타 목적으로 사용하려면 얼음을 추출하고 처리하는 방법을 찾아야 합니다.

얼음의 깊이를 알고 접근할 수 있는 얼음의 양이 상당하다고 생각되면 드릴다운하여 얼음에 도달할 수 있습니다. NASA 제트 추진 연구소의 Mars Water Mapping Project 책임자인 Sydney Do가 설명했듯이 문제는 다음과 같습니다. 어떤 종류의 암석을 뚫어야 하는지 알아야 작업에 적합한 도구를 가져올 수 있습니다. 직업.

현재 화성 표면과 지하 구성에 대한 이해가 제한되어 있어 InSight와 같은 화성 임무에서 문제가 발생했습니다. 표면 아래로 들어갈 수 없었습니다 토양의 마찰 수준이 예상과 약간 다르기 때문입니다. 따라서 터널을 뚫을 드릴을 설계하기 전에 특정 지역의 암석 구성에 대한 더 많은 정보가 필요합니다.

얼음 아래로 구멍을 뚫고 나면 로드리게스 우물이라는 시스템을 사용할 수 있습니다. 현재 지구상에서 다음과 같은 곳에서 사용되고 있습니다. 남극 대륙, 물에 접근합니다. 본질적으로 가열된 막대를 드릴된 구멍에 담그면 얼음이 녹고 표면으로 펌핑할 수 있는 액체 물 우물이 생성됩니다. 이를 위해서는 열의 형태로 에너지를 공급해야 하지만 잠재적으로 많은 양의 물에 접근할 수 있는 효율적인 방법입니다.

구운 바위

물을 모으는 또 다른 옵션이 있습니다. 화성의 많은 지역에 풍부한 수화된 광물에서 물을 추출할 수 있습니다. 거기에는 석고와 같이 물을 머금은 암석이 있는데, 그 암석을 부수고 구우면 물을 응결시켜 모을 수 있습니다.

그러나 이러한 광물을 발견하는 것은 쉽지 않습니다. 궤도에서 이러한 수화된 광물을 식별하기 위해 연구자들은 반사 분광법이라는 기술을 사용합니다. 화성 주위를 도는 우주선의 장비는 표면에서 반사되는 햇빛을 감지하여 스펙트럼이라고 하는 것을 생성할 수 있습니다. 반사광의 일부 파장은 특정 화학 물질에 흡수되어 과학자들이 아래 암석이 무엇으로 만들어졌는지 추론할 수 있습니다. 그러나이 신호는 관찰되는 영역의 평균일 뿐이며 동일한 파장을 흡수하는 여러 화학 물질이 있을 수 있습니다. 따라서 다양한 신호를 해독하는 것이 어려울 수 있습니다.

"내가 설명하고 싶은 방식은 다음과 같습니다. 당신은 당신이 받은 케이크를 가지고 있습니다."라고 Do가 말했습니다. "노력해야 하고 어떤 재료로 만들어졌으며 각 재료가 그것을 만드는 데 얼마나 기여했는지 파악하십시오. 케이크. 이것이 본질적으로 우리가 이러한 반사 신호로 하고 있는 일입니다. 우리는 신호를 구성 요소로 분해하여 거기에 무엇이 있는지 파악하려고 합니다.”

안전한 물 만들기

어느 쪽이든 일단 얼음을 녹이거나 돌을 구워서 물을 모은 후에는 처리해야 합니다. 물은 중금속과 같은 유해한 불순물이나 과염소산염과 같은 염분으로 가득 차 있을 수 있으므로 사용하기 전에 청소하고 담수화해야 합니다. 이론적으로 우리는 지구상의 물과 유사한 처리를 수행하여 이를 수행하는 방법을 알고 있지만 화성에서의 문제는 현재 어떤 오염 물질이 예상되는지 모른다는 것입니다.

화성 물 관리의 여러 측면과 마찬가지로 문제는 개념이 아니라 실행에 있습니다. 지구상의 물을 관리하는 기술은 잘 알려져 있지만 다른 행성에서 작동할 시스템을 구축하려면 아직 해야 할 일이 많습니다.

"우리는 이를 위한 기본 원칙을 알고 있습니다."라고 Do는 말했습니다. "하지만 우리는 이 기계를 작동해야 하는 환경 조건을 완전히 이해하지 못하고 있습니다." 화성의 얇은 대기부터 낮은 중력, 많은 먼지 기계가 작동하는 방식을 바꿀 수 있습니다. 말할 것도 없이 물 시스템은 로켓에 실을 수 있을 만큼 작고 가벼워야 할 뿐만 아니라 매우 안정적이어야 합니다. 화성에는 수리점이 없습니다.

이것이 기술 혁신의 차세대 프론티어가 등장할 곳입니다. 우리는 지금 물을 추출하고 처리하는 시스템을 구축하는 방법에 대한 지식을 가지고 있다고 Do는 말했습니다. 우리가 기대하는 환경에서 신뢰할 수 있는 방식으로 작동하는 기술에 이러한 원칙을 적용합니다. 열려 있는."

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