Глоток воздуха. Люди добыли кислород на Марсе и учатся выращивать репу
9 сентября 2022 14:34
Небольшой прибор, установленный на марсоходе Perseverance, получил из атмосферы Марса кислород. Впервые на другой планете извлекли ресурс, необходимый для жизни человека. Как этот эксперимент приближает нас к освоению чужих миров и какие еще исследования ведутся в этом направлении — в материале РИА Новости.
Воздух: дерево на Марсе
Чтобы колонизировать другую планету, можно привезти ресурсы с собой. Но это затратно. Да и хватит ненадолго. Альтернатива — добывать прямо там. Это обеспечит автономность станции или колонии.
Концепцию ISRU (In-Situ Resource Utilization, “потребление на месте”) разрабатывали еще полвека назад. Сегодня уже есть реальные успехи.
В августе ученые отчитались об эксперименте MOXIE. Марсоход Perseverance извлек кислород из атмосферы Красной планеты.
© NASA/JPL-Caltech
Прибор MOXIE для проверки возможности выработки кислорода из атмосферы Марса
Марсианский “воздух” пропускали через фильтр, очищая от загрязняющих веществ. Затем твердооксидный электролизер (SOXE) электрохимически расщеплял газ, богатый СО2, на ионы кислорода и монооксид углерода.
Устройство запускали семь раз в разное время суток и при разной погоде. При каждом включении MOXIE несколько часов разогревался, потом работал 60 минут, выделяя шесть граммов О2 — как небольшое дерево (человек на Земле в состоянии покоя за такой же период потребляет около 17 граммов кислорода). Таким образом ученые доказали, что прибор действует при любом состоянии изменчивой марсианской атмосферы.
“Такие или аналогичные устройства пригодятся для экспедиции на Марс. А вот с другими планетами сложнее. Это очень затратно. Устройства нужно доставить, развернуть, обслуживать. Пройдут, наверное, столетия, прежде чем создадут системы, способные вырабатывать кислород на целое поселение”, — говорит РИА Новости историк космонавтики Александр Железняков.
Энергия: бесполезный ветер
Кислород на Марсе нужен не только для дыхания — в жидком виде его используют в ракетных двигателях.
Заправить планетолет горючим для путешествия в один конец не проблема. Но в случае пилотируемой миссии предстоит обратный путь. И здесь возникает ряд инженерных трудностей. Топлива потребуется больше — значит, увеличатся размеры корабля, что, в свою очередь, значительно повысит расход горючего и так далее.
По мнению разработчиков MOXIE, увеличенная версия прибора сможет непрерывно производить кислород со скоростью нескольких сотен деревьев. Этого хватит не только для дыхания, но и для заправки ракеты.
Пилотируемой миссии (и тем более колонии) нужен источник энергии. Самый простой вариант — привезти с собой компактный ядерный реактор.
© NASA
Состав атмосферы Марса
Но это для кратковременной экспедиции. При колонизации помогут возобновляемые источники. Марсоходы уже используют солнечную энергию. Хотя светило дает Красной планете на 43 процента меньше, чем Земле, большие по площади солнечные фермы были бы достаточно эффективны, считает Железняков.
А вот ветряки там неактуальны, разве что в качестве дублирующей системы. Атмосфера слишком разреженная.
Пока мы слишком мало знаем о Марсе, чтобы судить о перспективах геотермальной энергетики. Есть некоторые обнадеживающие признаки: в атмосфере фиксируют выбросы метана, аппараты на поверхности регистрируют подземные толчки. Если планета не мертва, колонисты смогут закачивать в недра жидкость, чтобы она, испаряясь, вращала турбину. Причем дефицитная вода не понадобится — подойдет и жидкий углекислый газ, с которым на Марсе проблем не предвидится.
Вода: ни выпить, ни искупаться
Подготовка к пилотируемым полетам на другие планеты напрямую связана с поисками воды. Так, в ходе миссии Artemis астронавты высадятся в районе южного полюса Луны, богатого залежами H2O. Результаты их работы лягут в основу программы освоения Марса.
Добыча воды на месте — необходимое условие долговременного пребывания человека на Красной планете. Известно, что в жидком виде ее там нет. По крайней мере на поверхности, поскольку быстро испаряется из-за тонкой атмосферы. Но водяного льда достаточно — главным образом в полярных областях. Например, им полностью заполнен объемный кратер Королева.
© ESA/DLR/FU Berlin
Кратер Королева
Орбитальное зондирование позволило предположить, что вода есть и в марсианских недрах. Льда много в приповерхностных слоях. Молекулы H2O встречаются и в горных породах. Европейское космическое агентство в августе представило обновленную карту гидратированных минералов Марса.
© ESA
Карта минералов Марса
Пока неясно, удастся ли извлекать из них воду. Но они интересны и как потенциальные строительные материалы для поселений. Не исключено, что колонию создадут в одной из этих точек.
Есть надежда, что в жидком виде вода есть в подземных резервуарах или водоносных горизонтах. Теоретически можно получать ее и химическим способом из атмосферы.
Еда: репка в реголите
Колонизаторам потребуется и продовольственное самообеспечение — как в фильме “Марсианин”, где главный герой выращивал в теплице картошку. Недавно группа исследователей из Университета штата Айова повторила этот сюжет — причем с более широким набором сельскохозяйственных культур.
Ученые сымитировали марсианскую почву — базальтовый грунт. В нем нет питательных элементов, которые нужны растениям. Выяснилось, что репа, салат и редис в таких условиях всходят плохо. А вот люцерна — трава из семейства бобовых — прижилась. После нее “марсианский” грунт стал более привлекательным и для овощей: репа, выращенная затем на том же участке, улучшила урожайность на 311 процентов.
Огород нужно поливать. Но вода в марсианских льдах слишком соленая. В имитационные образцы добавили опресняющие бактерии Synechococcus, отфильтровали, пропустив через груду базальтовых камней. И проблема полива была решена.
Считать применявшийся в эксперименте грунт аналогом марсианского можно только очень условно, считает Железняков. По его словам, пока мы плохо понимаем, что представляет из себя марсианская почва.
“Это только подобие, отражающее наше нынешнее представление. Станции на поверхности планеты изучают грунт недостаточно комплексно. Нужны исследования в земных лабораториях, и не миллиграммов, а большого количества, причем взятого в разных климатических поясах. Пока же все это теория”, — говорит он.
Образцы марсианского реголита прямо сейчас собирает Perseverance. А ученые продолжают теоретизировать. Некоторые предполагают, что на Красной планете уже с помощью имеющихся технологий можно производить бетон, металл, пластмассу и даже элементы для солнечных панелей. Звучит фантастически, но и получение кислорода на Марсе когда-то представлялось чем-то невероятным. А теперь это реальность.
