В ближайшие десятилетия многочисленные космические агентства и частные компании планируют создать аванпосты на Луне и Марсе. Эти аванпосты позволят проводить долгосрочные пребывания, астробиологические исследования и способствовать будущему исследованию Солнечной системы. Однако наличие экипажей, работающих вдали от Земли в течение длительных периодов времени, также будет представлять некоторые серьезные логистические проблемы. Учитывая расстояния и затраты, отправка миссий по пополнению запасов будет непрактичной и дорогой. По этой причине опора на местные ресурсы для удовлетворения потребностей миссии — также известная как In-Situ Resource Utilization (ISRU) — это название игры.
Необходимость в ISRU особенно важна на Марсе, поскольку миссии по пополнению запасов могут занять от 6 до 9 месяцев, чтобы добраться туда. К счастью, на Марсе есть обильные ресурсы, которые можно собирать и использовать для обеспечения всего: от кислорода, топлива, воды, почвы для выращивания пищи и строительных материалов. В недавнем исследовании группа под руководством Свободного университета Берлина оценила потенциал сбора ресурсов из нескольких ранее идентифицированных месторождений гидратированных минералов на поверхности Марса. Они также представили оценки того, сколько воды и минералов можно извлечь и как их можно использовать.
Команду возглавил Кристоф Гросс, научный сотрудник-постдокторант из Группы планетарных наук и дистанционного зондирования в Институте геологических наук Свободного университета Берлина. К ним присоединились исследователи из Института SETI, Исследовательского центра Эймса NASA, Института пространственной астрофизики и Института космических систем Немецкого аэрокосмического центра (DLR). Их исследовательская работа «Поиск ресурсов на месте для будущих пилотируемых миссий на Марс» будет опубликована в выпуске журнала за октябрь 2024 года Акта Астронавтика.
Как отмечают авторы, NASA и другие космические агентства инвестируют в технологии ISRU, чтобы значительно сократить общую массу, которую необходимо отправить на Луну или Марс для поддержки усилий по исследованию человеком. В последние годы это привело к экспериментам, таким как Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) на марсоходе NASA Perseverance, который производил кислород из углекислого газа атмосферы Марса. ESA также готовит демонстрационную миссию ISRU, чтобы продемонстрировать, что вода и кислород могут быть получены из водяного льда, собранного на Луне.
Эти ресурсы могли бы применяться в системах жизнеобеспечения, обеспечивая экипажи миссий воздухом, пригодным для дыхания, и водой для питья и орошения. Однако они также могут применяться в качестве источника энергии и движителей, обеспечивая водородный газ для топливных элементов или реакторов и в сочетании с созданием жидкого водорода (LH2) и жидкого кислорода (LOX) в качестве топлива. На Марсе большая часть воды сегодня сосредоточена в полярных ледяных шапках и вечной мерзлоте или в карманах гидратированных минералов, где вода когда-то текла по поверхности.
Ради своего исследования Гросс и его коллеги сосредоточились на гидратированных минеральных участках, поскольку они предлагают потенциал для извлечения воды непосредственно на поверхности и в более низких широтах. Но, как Гросс сказал Universe Today по электронной почте, эти месторождения также имеют потенциальные ресурсные применения, которые выходят за рамки просто воды:
«Гидратированные минералы на Марсе являются крупнейшим на сегодняшний день известным резервуаром воды на Марсе (в основном сульфаты и филлосиликаты). Воду можно сравнительно легко извлечь из сульфатов, и, как описано в статье, минералы также можно использовать в качестве удобрения для производства продуктов питания. Филлосиликаты можно использовать в качестве строительного материала или, например, для керамики. Вода является самым важным ресурсом, особенно для производства топлива. Это может быть более интересно для Марса из-за расстояния до Земли, гравитации и т. д.»
Затем Гросс и его коллеги оценили различные географические местоположения, где были идентифицированы гидратированные минералы на основе данных, полученных с помощью прибора Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM) на борту Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) NASA. Сюда вошли Mawrth Vallis, древний канал наводнения, который открывается на равнины Chryse Planitia в северном полушарии Марса, и Juventae Chasma, 5-километровый (~3 мили) глубокий бассейн, расположенный к северу от Valles Marineris.
«Регионы, в которых размещены разнообразные материалы, могут быть интересны», — сказал Гросс. «Затем, место должно быть легкодоступным (не в каньоне и т. д.), и оно должно быть близко к интересным научным объектам. Я бы также поддержал идею иметь базу в экваториальных регионах, где температура не слишком низкая. И вокруг базы должно быть достаточно места для роста с последующими миссиями. Meridiani Planum — горячий кандидат. Мы постараемся ограничить ресурсы и там».
Гросс и его коллеги также рекомендовали, как следует извлекать эти ресурсы. По мнению авторов, дегидратация моно- и полигидратированных сульфатов теоретически является наилучшим подходом, поскольку существует несколько методов, которые являются относительно простыми, быстрыми и энергоэффективными способами сделать это. Они также рекомендуют отправлять роботизированные миссии до прибытия астронавтов для разведки, оценки и начала сбора и обработки этих ресурсов в ожидании их прибытия.
«Роботизированные миссии-предшественники могли бы начать добычу и переработку ресурсов, особенно для производства топлива», — сказал Гросс. «НАСА и частные компании проводят множество исследований по этому вопросу. Также, например, роботизированное строительство мест обитания или предварительное производство кислорода являются возможными проектами».
Этот анализ представляет новые возможности для исследования и долгосрочного обитания на Марсе. Хотя полярные регионы рассматриваются как хорошее место для строительства будущих мест обитания, в основном из-за обильной замороженной воды, к которой они имеют доступ, извлечение этого льда (особенно из глубоких подземных источников) будет дорогим и ограничительным. Возможное использование гидратированных минералов не только предлагает альтернативу для операций ISRU на Марсе, но и открывает участки в экваториальном регионе для исследования и создания среды обитания.
Дальнейшее чтение: Акта Астронавтика
