Отправка людей на Марс была одной из главных задач НАСА в течение многих лет, но они все еще находятся на ранних стадиях принятия решения о том, как именно будет выглядеть архитектура этой миссии. Одним из основных факторов является то, где взять топливо, чтобы отправить астронавтов обратно на Землю. Сторонники освоения космоса часто предлагают добывать необходимое топливо с самого Марса — некоторые материалы можно использовать для создания жидкого кислорода и метана — двух широко используемых видов топлива. Чтобы поддержать эти усилия, группа из команды НАСА COMPASS подробно описала несколько сценариев инфраструктуры и технологий, которые потребуются для создания системы использования ресурсов на месте (ISRU), которая могла бы обеспечить достаточно топлива, чтобы вернуть астронавтов на орбиту Марса, где они могли бы встретиться с кораблем, возвращающимся на Землю. Однако на пути внедрения такой системы существуют серьезные проблемы, и их необходимо решить до того, как начнется 8-9-летний процесс запуска системы в эксплуатацию.
Чтобы понять эти проблемы, сначала необходимо понять некоторые требования, которым команда пыталась соответствовать. Целью было доставить 300 тонн жидкого кислорода и жидкого метана в марсианский взлетно-посадочный аппарат (MALV), разрабатываемый в других подразделениях НАСА. Такое количество топлива необходимо, чтобы вернуть команду астронавтов на орбиту, где их сможет встретить корабль, возвращающийся на орбиту Земли.
Для создания жидкого кислорода и метана требуется множество систем ISRU, таких как насосы, электролизеры, сушилки, скрубберы и значительные энергосистемы для работы всех этих машин. Некоторые виды сырья, такие как CO2, можно извлечь из марсианской атмосферы. Однако системе также потребуется 150 тонн воды, которую можно будет доставить с Земли или собрать с Марса.
Разработка общей архитектуры системы — это первый шаг в определении наилучшего метода получения достаточного количества топлива для возвращения астронавтов с Марса. В документе группы сравниваются пять различных подходов к решению этой проблемы и подробно описываются три из них, уделяя особое внимание трем различным методам получения воды для использования при создании жидкого топлива на поверхности Марса.
Давайте сначала рассмотрим два варианта добычи воды на Марсе. В одной из архитектур используется буровая скважина для растапливания подземного льда и его выкачивания обратно на поверхность, что можно использовать в электролизе. Другая архитектура использует методы поверхностного сбора урожая, при которых почва с высоким содержанием замороженной воды может быть отсортирована, а сама вода расплавлена, чтобы обеспечить достаточные запасы для создания топлива.
Бурение скважины, достаточно глубокой для доступа к подземному льду, никогда раньше не делалось. Он имеет некоторые преимущества перед другими методами сбора воды, в том числе занимает меньше времени и требует на одну доставку оборудования MALV меньше (т. е. снижает его стоимость). Однако для этого потребуется разработать больше электростанций и некоторого специализированного оборудования.
Для сбора воды из поверхностного реголита используются некоторые технологии, уже разработанные в НАСА, в том числе система наземной добычи полезных ископаемых RAZZOR, которую можно использовать на Луне или Марсе. Однако для этого требуется столько же времени и столько же запусков, сколько для доставки воды с Земли, и существует множество возможных неизвестных точек отказа в архитектуре.
Для сравнения, отправка 150 тонн воды непосредственно с Земли, хотя это может быть дорого с точки зрения затрат на запуск, значительно упрощает общую архитектуру. Технически в этом сценарии ISRU все равно будет, поскольку вода по-прежнему будет использоваться для создания топлива из местных марсианских ресурсов. Однако дополнительный этап получения воды на месте будет исключен.
Даже это более сложный процесс, чем два других варианта, которые рассматривала команда, и в документе не содержится столько подробностей, как реальные настройки ISRU. Разработчики миссии могли бы отправить либо метан, либо метан и кислород напрямую с Земли, минуя необходимость создания ISRU. Хотя эти варианты потенциально потребуют большего количества посадочных модулей MALV, их общий риск сведен к минимуму, поскольку необходимые химикаты будут доступны для использования в любой момент, когда они понадобятся астронавтам. Однако их установка займет больше времени – особенно вариант отправки всего топлива непосредственно с Земли, а установка может занять более 10 лет.
Существует множество других проблем, связанных с использованием марсианских ресурсов для создания топлива, включая ограниченные места, где можно найти необходимую воду. Это географическое ограничение может не совпадать с тем, где астронавты могут потребоваться для занятий интересной наукой, поэтому архитекторам придется отдавать приоритет либо научным открытиям, либо снижению рисков оборудования ISRU – они, вероятно, не смогут сделать и то, и другое.
Итак, учитывая все обстоятельства, если цель состоит в том, чтобы безопасно отправить людей на Марс и обратно, то кажется, что лучший и самый надежный вариант — отправить все количество топлива с Земли. Однако в долгосрочной перспективе, если человечество планирует обеспечить устойчивое присутствие на Марсе, нам придется использовать местные ресурсы. В документе команды COMPASS четко определены несколько стратегий, которые могут это сделать, и когда-нибудь это станет лучшим вариантом – возможно, не совсем пока.
Узнать больше:
Олесон и др. — Системы ISRU килотонного класса для производства топлива LO2/LCH4 на поверхности Марса
UT – Один робот может обеспечить миссию на Марс с достаточным количеством воды и кислорода
UT – Ресурсы на Марсе могут поддержать исследователей-людей
UT – Исследователям Марса понадобится воздух, и в большом количестве. Вот технология, которая может помочь им дышать легче
Ведущее изображение:
Архитектура Проектирование варианта доставки воды с земли.
Кредит – Олесон и др. / НАСА
