30 ноября 2020 г., The Conversation
 |
David Rothery, Professor of Planetary Geosciences, The Open University |
NASA планирует высадить экипаж на Луну к 2024 году , а затем? возможно, в 2030-х годах на Марс. Когда-нибудь 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.
Многие исследования были посвящены подготовке к использованию ресурсов на месте (ISRU), которые могли бы помочь в строительстве и поддержании лунной базы. Теперь аналогичные идеи для Марса выдвигает новое исследование, опубликованное в PNAS, предлагающее способ использования рассола, обнаруженного на Марсе, для создания топлива и пригодного для дыхания воздуха.
«Жить за счет земли» [за счет местных ресурсов] на Марсе будет даже важнее, чем на Луне, потому что Марс находится гораздо дальше, что соответственно увеличивает транспортные расходы и время на доставку [всего необходимого].
Одна из основных проблем с ресурсами – как обеспечить экипаж марсианской базы кислородом. 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 NASA Mars 2020, Perseverance , который уже находится на пути к Марсу, содержит эксперимент под названием MOXIE , название которого изобретательно придумано в рамках эксперимента Mars OXygen In situ.
Изображение: NASA/JPL (кликабельно)
Кислород из марсианского рассола
Однако появился новый способ, при котором для производства того же количества кислорода потребуется в 25 раз меньше электроэнергии. Независимо от того, используете ли вы солнечные элементы 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 используете концентрированный раствор перхлората магния, довольно легко разделить водный компонент рассола на кислород и водород с помощью электролиза. Это может показаться экзотическим, но перхлорат магния – это то, что, по-видимому, содержит соленая вода на поверхности Марса и вблизи нее. Это видно, например, когда капли жидкости появились на опорах спускаемого аппарата NASA 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 сухой атмосферы, отсюда и капли на ногах посадочного модуля Phoenix. Они могут понижать температуру замерзания жидкости до −70°C, что предотвращает замерзание концентрированных перхлоратных рассолов даже при низких температурах на 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 электролиза перхлоратного солевого раствора связан с составлением электрода, производящего кислород. 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.
Изображение: NASA (кликабельно)
Конечно, есть еще один способ пополнить запасы кислорода – выращивать растения на марсианской базе. Они могли бы поглощать углекислый газ, выдыхаемый экипажем, и высвобождать кислород путем фотосинтеза. Члены экипажа также могли бы есть некоторые растения, которые были бы желанным источником свежей пищи.
Это перевод статьи Mars colony: how to make breathable air and fuel from brine – new research
Дополнительная информация:
Новая технология позволит получить кислород и топливо из марсианских рассолов