НАСА планирует высадить экипаж на Луну к 2024 году, а затем на Марс, возможно, в 2030-х годах. Однажды в обоих мирах у нас будут базы с постоянным экипажем. В отличие от первоначальных краткосрочных визитов, долгосрочные базы должны быть самодостаточными по как можно большему числу предметов первой необходимости.
Подготовка к использованию ресурсов на месте (ISRU), которая может помочь в строительстве и поддержании лунной базы, была посвящена большим исследованиям. Теперь аналогичные идеи для Марса догоняют с новым исследованием, опубликованным в PNAS, в котором предлагается способ использования рассола (соленой воды), обнаруженного на Марсе, для создания пригодного для дыхания воздуха и топлива.
«Жить за счет земли» будет даже важнее на Марсе, чем на Луне, потому что Марс намного дальше, что соответственно увеличивает транспортные расходы (и время).
Одна из основных проблем с ресурсами - как обеспечить экипаж марсианской базы кислородом, чтобы он мог дышать. У Марса только тонкая атмосфера, с поверхностным давлением менее одной сотой земного. Хуже того, это 96% углекислого газа и всего около 0,1% кислорода. Атмосфера Земли на 21% состоит из кислорода.
Марсоход НАСА Mars2020, Perseverance , который уже находится на пути к Марсу, несет эксперимент под названием MOXIE , название которого изобретательно придумано в рамках эксперимента Mars OXygen In situ.
Цель MOXIE - продемонстрировать, что кислород можно получить из углекислого газа в атмосфере Марса, используя электричество, чтобы разделить его на смесь кислорода и окиси углерода с помощью процесса, называемого электролизом. Если это сработает, как ожидалось, кислород можно было бы собрать и использовать, чтобы дать колонистам чем-нибудь дышать, или в качестве компонента топлива. Окись углерода будет нежелательной и будет выброшена обратно в марсианскую атмосферу.
Кислород из марсианской рапы
Однако появился новый способ, при котором для производства того же количества кислорода потребляется в 25 раз меньше электроэнергии. Независимо от того, используете ли вы солнечные батареи или радиоактивный источник для выработки электроэнергии, доступная мощность ограничена, поэтому это важное преимущество.
В новом исследовании команда из Вашингтонского университета в США демонстрирует, как можно эффективно использовать электролиз для одновременного получения кислорода и водорода из рассола. Оказывается, когда вы начинаете с концентрированного раствора перхлората магния, довольно легко разделить водный компонент рассола на кислород и водород с помощью электролиза.
Это может показаться экзотическим, но перхлорат магния - это то, из чего, по-видимому, состоит соленая вода на поверхности Марса и вблизи него, как видно, например, когда капли жидкости появились на опорах спускаемого аппарата НАСА Phoenix , который приземлился на крайнем севере Марса в 2008 году. Марсоход Curiosity также обнаружил следы рассола перхлората кальция к югу от марсианского экватора.
Соли перхлоратов хорошо поглощают воду из самой сухой атмосферы, отсюда и капли на ногах посадочного модуля Phoenix. Они могут снизить температуру замерзания жидкости до -70 ° C, что предотвращает замерзание концентрированных перхлоратных рассолов даже при низких температурах поверхности Марса. Есть места, где появление темных влажных полос считается сезонным выносом рассола на поверхность.
Новое исследование утверждает, что, если вы приземлитесь там, где есть рассол, вы сможете производить столько кислорода, сколько захотите, при условии, что у вас неограниченное количество рассола и энергии. Прорыв в эффективности этого электролиза перхлоратного солевого раствора связан с заменой производящего кислород электрода. Для этого в исследовании использовался ряд минералов под названием пирохлор, в данном случае состоящий из оксида свинца и рутения. Пирохлоры имеют широкий спектр технологических применений, включая, как в данном случае, «электрокатализатор», ускоряющий и упрощающий электролиз.
Практические варианты
Еще неизвестно, окажется ли электролиз марсианского углекислого газа методом MOXIE или электролиз марсианских рассолов с использованием пирохлора более практичным способом получения кислорода на Марсе. Водород от электролиза рассола - это бонус, который нельзя получить при электролизе углекислого газа, и, как указывается в исследовании, его можно использовать в качестве ракетного топлива. На самом деле, если вы хотите это сделать, вам нужно будет использовать кислород в качестве дополнительного компонента топлива. Но, по крайней мере, это дает вам выбор: дышать кислородом или использовать его в топливной смеси водород-кислород.
Ни один из вариантов не будет доступен в течение нескольких месяцев путешествия на Марс и обратно, для которого необходимо будет найти решения по переработке, как сегодня на Международной космической станции. Это также было бы важно на поверхности Марса.
Конечно, есть еще один способ пополнить запасы кислорода - выращивать растения на базе Марса. Они могли поглощать углекислый газ, выдыхаемый экипажем, и высвобождать кислород путем фотосинтеза. Члены экипажа также могли есть некоторые растения, которые были бы желанным источником свежей пищи.
С Наступающим 2021 Новым Годом!!!