Сакупљање хидратације: како ћемо сакупљати воду на Марсу

Деценијама смо сањали да пошаљемо људе на другу планету, а са недавним порастом интересовања за истраживање Марса, изгледа да би то једног дана могло постати стварност.

Али има много посла пре него што будемо спремни да особа крочи на црвену планету.

Од свих ресурса који ће посетиоцима Марса бити потребни, један од најзначајнијих је вода – не само за пиће, већ и за прављење ракетног горива и других супстанци попут кисеоника. А ако јесмо надајући се да ће тамо поставити пољопривреду, биће нам потребно пуно воде да бисмо одржали раст усева.

Али површина Марса изгледа као сува, негостољубива пустиња. Данас на Марсу нема језера, река и падавина.

Па одакле ћемо добити воду? Разговарали смо са три стручњака да сазнамо.

Овај чланак је део Живот на Марсу – серија од 10 делова која истражује најсавременију науку и технологију која ће омогућити људима да заузму Марс

Проналажење воде на Марсу

Иако смо много година удаљени од успостављања потпуно оперативне базе на Марсу, свемирске агенције попут НАСА-е већ размишљају о питању воде. Доношење воде са Земље је непрактично – превише је тешко да би се понела сва вода потребна за мисију у ракети. Дакле, план је да прикупимо воду из околине Марса, а да бисмо то урадили, морали бисмо да знамо где се вода налази.

Добра вест је да на површини Марса има доста воде у облику леда, укључујући лед који покрива полове и огромни кратери. Лоша вест је да мисија у овим ледено хладним регионима представља сопствене проблеме, попут количине енергије која би била потребна да се људи и машине загреју на температурама до -240°Ф. Зато су фокус већине мисија на Марс региони средње географске ширине, где су температуре блаже.

У овим регионима нема леда на површини, иако има леда испод земље. Али осим ако не желите да пошаљете астронаута са лопатом да узоркује сваки део прљавштине на планети, потребан вам је начин да брзо и ефикасно мапирате тај подземни лед.

Кс означава место

То је оно на чему Гаретх Морган и Тхан Путзиг из Института за планетарне науке раде у оквиру пројекта Мапирање леда у подземној води (СВИМ). Они и њихове колеге су комбиновали 20 година података са пет различитих орбиталних инструмената на Марсу да би мапирали где се лед највероватније налази испод површине. Сам по себи, сваки скуп података, као што су радарска очитавања или индикације водоника, може вам рећи само толико о томе да ли лед се налази на одређеној локацији, али у комбинацији, они могу указати на то које би биле главне локације за проналажење леда бити.

Циљ њиховог рада је да помогну НАСА-и да изабере будућа места за слетање за мисије са посадом како би астронаути могли да приступе подземног леда, док дозвољава што је могуће више слободе у избору научно занимљивог истраживања области.

„Технологија и инжењеринг ће дефинисати како ставити људе на Марс“, рекао је Морган, „и они ће имати своја ограничења у погледу тога где се то може догодити. Они такође желе да научна заједница пронађе научно најизводљивија, најзанимљивија и најфасцинантнија места за слетање. Дакле, наш посао је да премостимо оба та света дајући оба тима широко разумевање о томе где су ресурси."

Ова мапа може показати где ће се вероватно наћи лед, али само ако је тај лед мањи од пет метара испод земље. Такође је тешко бити прецизан колико се тачно лед налази у било којој области, јер коришћене методе сензора могу да пруже само грубе процене садржаја леда тамо.

И постоји велика практична разлика у томе колико је тешко приступити леду који је неколико инча испод површине у односу на лед који је испод метара густе стене.

Нови алат за откривање леда

Да бисмо утврдили колико је дубок лед на Марсу, биће нам потребни нови напори попут Марс Ице Маппер мисија: Свемирска летелица на којој НАСА и друге међународне свемирске агенције раде заједно која ће орбитирају Марс и користе две врсте радарских методологија да открију колико се дубоко налази лед испод површине.

„Основна идеја је да имамо радар веће фреквенције и веће резолуције“, објаснио је Путзиг. Мисија Ице Маппер је још увек у фази концепта, а он и Морган нису директно укључени у њу. Али они су чули за концепте мисије од других научника и поделили су неке детаље о томе како ће она функционисати.

Први радарски метод који ће мапер користити назива се радарско снимање са синтетичким отвором. Ово укључује радар усмерен под углом према површини, што вам „даје осећај широке дистрибуције плитког леда“, рекао је Путзиг. "Можете то релативно брзо мапирати у великом региону помоћу тог метода."

Други метод је радарско сондирање, где је радар усмерен право надоле да би се одбио од врха слоја леда. Ово вам говори колико је дубок слој леда. Када комбинујете то двоје, „добијате приказ карте и попречни пресек“, рекао је он.

И онда знате где да копате.

Приступ води када је нађемо

Лоцирање леда је само први корак у прикупљању воде. Да бисмо из блокова чврстог леда испод земље дошли до чисте, безбедне воде за пиће и друге сврхе, мораћемо да пронађемо начин да извучемо и обрадимо лед.

Ако знате колико је дубоко лоциран лед и мислите да постоји велика количина леда за приступ, можете избушити да бисте дошли до њега. Проблем, као што Сиднеј ради, објаснио је пројекат за мапирање воде на Марсу у НАСА-иној Лабораторији за млазни погон, је да морате да знате коју врсту стене ћете бушити да бисте могли да понесете прави алат за посао.

Тренутно, наше разумевање састава површине Марса и подземне површине је ограничено, што је изазвало проблеме у мисијама на Марс као што је ИнСигхт, где је топлотна сонда лендера није могао да продре испод површине јер је тло имало незнатно другачији ниво трења од очекиваног. Дакле, биће нам потребно више информација о саставу стена у одређеном подручју пре него што можемо да дизајнирамо бушилицу за тунел у њу.

Када пробушите рупу до леда, можете користити систем који се зове Родригезов бунар, који се тренутно користи на Земљи на местима као што су Антарктика, за приступ води. У суштини, потопите загрејану шипку у избушену рупу, која топи лед и ствара бунар течне воде коју затим можете испумпати на површину. Ово захтева снабдевање енергијом у облику топлоте, али је ефикасан начин за приступ потенцијално великим количинама воде.

Печене стене

Постоји и друга опција за сакупљање воде: могли бисмо да је извучемо из хидратисаних минерала, којих има у изобиљу у многим областима Марса. Тамо има стена попут гипса које садрже воду, и ако згњечите, па испеците те стене, можете кондензовати воду и сакупити је.

Али уочавање ових минерала није лако. Да би идентификовали ове хидратизоване минерале из орбите, истраживачи користе технику која се зове спектроскопија рефлексије. Инструменти на свемирским бродовима око Марса могу детектовати сунчеву светлост док се рефлектује од површине, стварајући такозване спектре. Неке таласне дужине рефлектоване светлости апсорбују одређене хемикалије, што омогућава научницима да закључе од чега су стене испод. Али овај сигнал је само просек за област која се посматра, и може постојати више хемикалија које апсорбују исте таласне дужине. Дакле, дешифровање различитих сигнала може бити изазов.

„Начин на који то волим да објасним је: имате торту коју сте добили“, рекао је До. „Морате покушати и откријте од којих састојака је направљен и колико је сваки састојак допринео томе цаке. То је у суштини оно што радимо са овим рефлективним сигналима - покушавамо да их разложимо на њихове саставне делове да бисмо схватили шта је унутра."

Учинити воду безбедном

У сваком случају, када сте сакупили воду топљењем леда или печењем камења, потребно је да је прерадите. Вода би могла бити пуна штетних нечистоћа као што су тешки метали или соли као што су перхлорати, тако да је потребно очистити и десалинирати пре него што се може користити. У теорији, знамо како да то урадимо тако што радимо сличну обраду воде на Земљи, али изазов на Марсу је то што тренутно не знамо шта загађивачи можемо очекивати.

Као и многи аспекти управљања водама на Марсу, питање није у концепту већ у извршењу. Технологија управљања водом на Земљи је добро схваћена, али има још много тога да се уради пре него што будемо могли да изградимо систем који би функционисао на другој планети.

„Ми знамо основне принципе за ово“, рекао је До. „Али ми не разумемо у потпуности услове животне средине у којима бисмо морали да управљамо овом машином. Све од танке Марсове атмосфере до његове ниске гравитације до њене обилна прашина може променити начин на који машине раде. Да не спомињемо да не само да би систем за воду морао да буде мали и довољно лаган да би се могао ставити на ракету, већ би морао да буде и изузетно поуздан — на Марсу нема сервиса.

Овде ће се појавити следећа граница технолошких иновација. Тренутно имамо знање о томе како да изградимо систем за вађење и прераду воде, рекао је До, „али окретање те принципе у технологију која функционише на поуздан начин у окружењу које очекујемо – то је још увек отвори.”

Овај чланак је део Живот на Марсу – серија од 10 делова која истражује најсавременију науку и технологију која ће омогућити људима да заузму Марс

Препоруке уредника

• Космолошко путовање: незгодна логистика постављања људи на Марс
• Савршен погон: Како ћемо одвести људе на Марс
• Дворци од песка: Како ћемо направити станишта са марсовском земљом
• Вештачка атмосфера: Како ћемо изградити базу са ваздухом за дисање на Марсу
• Астропољопривреда: Како ћемо узгајати усеве на Марсу