Именно эту задачу надеются решить молодые ученые в Лаборатории аэрокосмической плазмы Массачусетского технологического института (MIT). Под руководством аспирантки Лэйни МакКинни команда разрабатывает технологию, которая должна превращать разреженную марсианскую атмосферу в ракетное топливо.
Горючее из атмосферы
Атмосфера Марса на 95% состоит из углекислого газа (CO2). Для инженеров это не мертвый газ, а практически неисчерпаемый склад сырья. Идея заключается в использовании In-Situ Resource Utilization (ISRU) – концепции использования местных ресурсов на другом небесном теле. Зачем везти через миллионы километров то, что можно найти на месте?
Ключевым инструментом в проекте MIT является реактор Наносекундный периодически-импульсный барьерный диэлектрический разряд (NRP-DBD). Это устройство создает «холодную» плазму, которая воздействует на молекулы СO2, расщепляя их на кислород (O2) и угарный газ (CO).
Полученная смесь имеет двойное назначение:
- Кислород необходим не только для дыхания экипажа, но и как окислитель для ракетного двигателя.
- Угарный газ (CO) может служить топливом, либо его можно использовать в дальнейших химических реакциях (например, в реакции Сабатье) для производства метана (CH4) – одного из самых эффективных видов ракетного горючего.
Главная сложность – это разделение полученной смеси. В агрессивной среде плазмы атомы стремятся вновь соединиться, поэтому ученым приходится интегрировать в систему специальную кислород-селективную мембрану, которая мгновенно «выхватывает» чистый кислород до того, как он успеет прореагировать обратно.
«Мы уже научились весьма эффективно выполнять этап преобразования, – отметила МакКинни в интервью изданию MIT News. – Однако в плазме происходит следующее: мы преобразуем вещество, но на выходе получаем смесь, которую необходимо разделить. Мы пока не до конца понимаем, с чем именно столкнемся».
От мусора к запчастям: философия безотходности
Работа над топливом – лишь один из проектов команды. В рамках другого конкурса NASA LunaRecycle Challenge та же группа исследователей предложила элегантное решение проблемы космического мусора. Их система CERBERUZ измельчает смешанные бытовые отходы астронавтов в мелкий порошок. А уже из этого порошка методом литья под давлением и 3D-печати можно создавать запасные части, инструменты и элементы конструкций. За эту разработку команда получила премию в размере 775 000 долларов.
Этот подход отражает главную философию будущих межпланетных миссий: ничего не должно пропадать зря. Каждый грамм, доставленный с Земли, стоит огромных денег, поэтому любая банка, ткань или сломанный инструмент должны становиться ресурсом для чего-то нового.
Строительство из реголита
Третье направление работы касается создания жилищ. Доставка готовых модулей с Земли экономически невыгодна. Поэтому будущее за строительством из местного грунта.
В рамках курса по космической архитектуре MIT Лэйни МакКинни и ее коллеги предложили метод создания строительных блоков. Используя только лунный грунт, они разработали технологию спекания материала в кирпичи, которые можно укладывать насухо, без раствора и связующих веществ. Подобные технологии 3D-печати зданий из реголита параллельно развивает и Европейское космическое агентство (ESA). Такие дома смогут обеспечить надежную защиту от микрометеоритов и жесткой солнечной радиации.
Эпоха сотрудничества
Опыт работы над столь разными задачами – от плазменной химии до архитектуры – убедил Лэйни МакКинни в одном: эра одиноких гениев в космонавтике закончилась.
«Инновационные решения рождаются тогда, когда вы работаете в команде, объединяющей разные знания и опыт», – подчеркивает она.
Освоение Марса требует беспрецедентной синергии. Инженеры должны работать рука об руку с биологами, материаловедами, программистами и врачами. Не менее важны государственно-частные партнерства и международные союзы.
Как резюмирует сама исследовательница, создание технологий доставки людей на соседнюю планету – это только первый шаг. Настоящая работа начнется потом:
«Если мы не построим «заправочные станции» на Марсе, вернуть людей на Землю будет крайне сложно. Нам понадобится способ производить топливо на месте. А следующий шаг – это создание постоянной базы, чтобы заниматься потрясающей наукой и сделать исследования по-настоящему эффективными».
