На Марсе хотят добывать ракетное топливо из CO2

Планы по отправке человека на Марс сталкиваются с одной фундаментальной проблемой. Это не столько радиация или невесомость, сколько логистика. Чтобы вернуть экипаж домой, нужно доставить на другую планету огромное количество топлива для обратного пути. Но что, если заправляться можно будет прямо там?

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.
На Марсе хотят добывать ракетное топливо из CO2
МакКинни и ее устройство для наносекундного повторяющегося импульсного диэлектрического барьерного разряда (NRP-DBD)

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.

На Марсе хотят добывать ракетное топливо из CO2
Одна из возможных технологий для создания жилых модулей на Луне и Марсе предполагает 3D-печать из местных ресурсов

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».

Читайте также

Водяные облака обнаружили впервые за пределами Солнечной системы

Водяные облака обнаружили впервые за пределами Солнечной системы

Астрономы не нашли планеты-гиганты у двух соседних звёзд, но надежда обнаружить обитаемые миры осталась

Астрономы не нашли планеты-гиганты у двух соседних звёзд, но надежда обнаружить обитаемые миры осталась

Учёные создали микроб для Марса, который может помочь в строительстве поселений

Учёные создали микроб для Марса, который может помочь в строительстве поселений

NASA исследует загадочную лунную яму в поисках подземной пещеры

NASA исследует загадочную лунную яму в поисках подземной пещеры

NASA показало марсианский рассвет: Curiosity снял горные хребты на склонах горы Шарп

NASA показало марсианский рассвет: Curiosity снял горные хребты на склонах горы Шарп

Астрономы обнаружили рекордный радиовсплеск, летевший к Земле 11 миллиардов лет

Астрономы обнаружили рекордный радиовсплеск, летевший к Земле 11 миллиардов лет

Кастрюлю Star Trek отправили на высоту 35 км — почти к границе космоса

Кастрюлю Star Trek отправили на высоту 35 км — почти к границе космоса

Астрономы поймали гамма-лучи от блазара с расстояния 8 миллиардов световых лет

Астрономы поймали гамма-лучи от блазара с расстояния 8 миллиардов световых лет

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Клетки крови 80-летнего превратили в нейронные стволовые клетки юноши

Клетки крови 80-летнего превратили в нейронные стволовые клетки юноши

Квантовое моделирование цезия выявило новый фазовый переход

Квантовое моделирование цезия выявило новый фазовый переход

Спорт смягчает симптомы депрессии у людей с высоким генетическим риском

Спорт смягчает симптомы депрессии у людей с высоким генетическим риском

ИИ выяснил, как нейроны гиппокампа кодируют смысл слов

ИИ выяснил, как нейроны гиппокампа кодируют смысл слов