Одним из ключевых вызовов на пути к длительному присутствию человека на Марсе является доступ к воде — не только как источнику питьевой жидкости, но и как базового ресурса для производства кислорода и ракетного топлива. Новое исследование, опубликованное в журнале Advances in Space Research, подробно анализирует технологии, потенциально способные решить эту задачу, и оценивает их применимость в условиях марсианской поверхности и атмосферы. Эти технологии станут критически важными для устойчивых пилотируемых миссий и, возможно, для будущих поселений на Красной планете.
Почему на Марсе необходим доступ к воде
Марс не располагает обильными жидкими водоёмами на поверхности. На планете зафиксированы следы древних озёр и рек, а современные исследования показывают, что вода там присутствует в трёх основных формах:
- подповерхностный лёд, особенно в высоких широтах;
- влага, связанная с марсианской почвой (реголитом);
- водяной пар в тонкой атмосфере.
Для выживания экипажа, а также производства необходимых химических веществ, включая кислород для дыхания и ракетное топливо (метан и кислород), необходимо иметь доступ к стабильному источнику воды. Это снижает зависимость будущих миссий от поставок с Земли и увеличивает автономность длительных экспедиций.
Основные источники воды на Марсе и методы её извлечения
Исследование рассматривает различные технологии и оценивает каждую по таким критериям, как энергетическая требовательность, масштабируемость и пригодность в марсианских условиях.
1. Подповерхностные ледяные залежи
Ледяной лёд под поверхностью считается самым перспективным и устойчивым источником воды. Он наиболее доступен для добычи и может обеспечить большие объёмы при правильной инфраструктуре. Технологии, предназначенные для работы с таким льдом, включают бурение и нагрев для получения жидкой воды из твёрдой фазы.
Подповерхностный лёд особенно распространён в полярных и умеренных широтах планеты. Спутниковые измерения, а также данные орбитальных миссий показывают обширные области с высоким содержанием льда на глубине нескольких метров ниже поверхности, что делает его достижимым для роботизированных буровых систем и термальных систем извлечения льда.
2. Влага в реголите
Реголит, марсианский «почвенный» слой пыли и обломков, способен удерживать небольшие количества воды, связанными молекулами или гидратированными минералами. Технологии, которые могли бы извлекать влагу из реголита, включают нагрев и химическая обработка, но такие методы пока менее эффективны и требуют значительных энергетических затрат по сравнению с добычей льда.
Тем не менее, в условиях, где лёд недоступен (например, в экваториальных регионах), использование влаги реголита может служить вспомогательным источником в экстренных ситуациях или на ранних этапах эксплуатации.
3. Атмосферный водяной пар
Марсианская атмосфера крайне разрежена, но содержит небольшие концентрации водяного пара. Исследование указывает на возможности применения технологий атмосферного сбора воды, таких как адсорбция или конденсация влаги из воздуха. Эти методы требуют меньше энергии, чем извлечение льда, но потенциально обеспечивают лишь небольшие объёмы воды, достаточные для ситуативных нужд.
4. Производство кислорода из атмосферы
Хотя непосредственно эта технология не извлекает воду, она тесно связана с использованием марсианских ресурсов. Экспериментальный прибор MOXIE на марсоходе Perseverance уже продемонстрировал успешное выделение кислорода из углекислого газа марсианской атмосферы. Эта технология важна для создания систем жизнеобеспечения и топлива на основе получаемых ин-ситу ресурсов, что снижает необходимость доставки кислорода с Земли.
Технологические и энергетические вызовы
Каждый из методов добычи воды на Марсе имеет свои ограничения:
- Подповерхностный лёд требует разработки буровых установок, работающих в марсианских температурных условиях и при низком давлении. Это подразумевает сложное инженерное обеспечение для глубокого бурения и очистки льда.
- Извлечение влаги реголита сопряжено с высокими энергетическими затратами на нагрев материалов.
- Атмосферный сбор не получает большого объёма воды, но потенциально может служить дополнением в условиях, где другие источники труднодоступны.
Энергетические требования всех систем остаются серьёзным препятствием. В перспективе это побуждает рассматривать энергетические установки на основе солнечных батарей и, возможно, ядерных реакторов для обеспечения стабильной и мощной энергетической базы будущих марсианских экспедиций.
Роль технологий в будущих миссиях на Марс
Технологии добычи воды станут неотъемлемой частью миссий следующего поколения, включая как роботизированные, так и пилотируемые экспедиции:
- Инфраструктура ISRU (In Situ Resource Utilization): системы, которые используют ресурсы самой планеты (лед, реголит, атмосферу) для производства воды, кислорода и топлива для возвращения на Землю.
- Коммерческие и международные проекты: планируется множество миссий, ориентированных на изучение марсианской поверхности и ресурсов, что включает орбитальные и посадочные аппараты, а также миссии по возвращению образцов.
- Будущие пилотируемые полёты потребуют надёжных и автономных систем добычи и переработки воды для длительных миссий и обеспечения жизнеобеспечения.
Заключение
Исследование технологий доступа к марсианской воде подчеркивает, что добыча и использование местных ресурсов — ключ к устойчивой экспансии человека на Красную планету. Доступ к воде не только позволит обеспечить базовые потребности астронавтов, но и станет фундаментом для самодостаточных миссий с производством кислорода и топлива непосредственно на месте, что в значительной степени снизит зависимости от земных поставок и сделает будущие миссии более эффективными, безопасными и масштабируемыми.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
