منابع موجود در مریخ می توانند از کاوشگران انسانی پشتیبانی کنند

در دهه‌های آینده، چندین آژانس فضایی و شرکت‌های خصوصی قصد دارند پایگاه‌هایی را در ماه و مریخ ایجاد کنند. این پایگاه‌ها امکان اقامت طولانی مدت، تحقیقات اختربیولوژیکی و تسهیل اکتشافات آینده منظومه شمسی را فراهم می‌کنند. با این حال، داشتن خدمه ای که دور از زمین برای مدت طولانی کار می کنند، چالش های لجستیکی جدی را نیز به همراه خواهد داشت. با توجه به مسافت ها و هزینه های موجود، ارسال ماموریت های تامین مجدد هم غیرعملی و هم پرهزینه خواهد بود. به همین دلیل، تکیه بر منابع محلی برای برآورده کردن نیازهای ماموریت – مستعار. In-Situ Resource Utilization (ISRU) – نام بازی است.

نیاز به ISRU به ویژه در مریخ بسیار مهم است زیرا ماموریت های تامین مجدد ممکن است ۶ تا ۹ ماه طول بکشد تا به آنجا برسند. خوشبختانه، مریخ منابع فراوانی دارد که می توان آنها را برداشت و برای تامین همه چیز از اکسیژن، پیشران، آب، خاک برای رشد غذا و مصالح ساختمانی استفاده کرد. در یک مطالعه اخیر، یک تیم به رهبری دانشگاه فرای برلین، پتانسیل برداشت منابع از چندین ذخایر معدنی هیدراته شناسایی شده قبلی را در سطح مریخ ارزیابی کردند. آنها همچنین تخمین هایی از میزان آب و مواد معدنی قابل بازیابی و نحوه استفاده از آنها ارائه کردند.

این تیم توسط کریستف گراس، محقق فوق دکتری با گروه علوم سیاره ای و سنجش از دور در موسسه علوم زمین شناسی، دانشگاه فرای برلین، رهبری می شد. محققانی از مؤسسه SETI، مرکز تحقیقات ایمز ناسا، Institut d’Astrophysique Spatiale و مؤسسه سیستم‌های فضایی در مرکز هوافضای آلمان (DLR) به آنها پیوستند. مقاله تحقیقاتی آنها با عنوان ‘جستجوی منابع در محل برای ماموریت های خدمه آتی به مریخ‘ در شماره اکتبر ۲۰۲۴ Acta Astronautica منتشر خواهد شد.

همانطور که نویسندگان خاطرنشان می کنند، ناسا و سایر آژانس های فضایی بر روی فناوری های ISRU سرمایه گذاری می کنند تا به طور قابل توجهی جرم کلی را که باید برای حمایت از تلاش های اکتشافی انسان به ماه یا مریخ فرستاده شود، کاهش دهند. در سال‌های اخیر، این منجر به آزمایش‌هایی مانند آزمایش استفاده از منابع اکسیژن در محل (MOXIE) روی مریخ‌نورد Perseverance ناسا شده است که گاز اکسیژن را از دی اکسید کربن اتمسفر مریخ تولید می‌کند. ESA همچنین در حال آماده سازی یک ماموریت نمایشی ISRU است تا نشان دهد که آب و اکسیژن را می توان از یخ آب برداشت شده در ماه تولید کرد.

این منابع می‌توانند برای سیستم‌های پشتیبانی حیات کاربرد داشته باشند و اطمینان حاصل کنند که خدمه مأموریت دارای هوا و آب قابل تنفس برای نوشیدن و آبیاری هستند. با این حال، آنها همچنین کاربردهایی برای قدرت و نیروی محرکه دارند، گاز هیدروژن را برای پیل‌های سوختی یا راکتورها فراهم می‌کنند و در ترکیب برای ایجاد هیدروژن مایع (LH2) و اکسیژن مایع (LOX) استفاده می‌شوند. در مریخ، امروزه بیشتر آب موجود در آن در یخ های قطبی و منجمد دائمی یا در حفره هایی از مواد معدنی هیدراته که زمانی آب روی سطح آن جریان داشت، متمرکز شده است.

گراس و همکارانش به خاطر مطالعه خود بر روی سایت‌های معدنی هیدراته تمرکز کردند زیرا پتانسیل استخراج آب را مستقیماً در سطح و در عرض‌های جغرافیایی پایین‌تر ارائه می‌دهند. اما همانطور که گراس از طریق ایمیل به Universe Today گفت، این ذخایر همچنین دارای کاربردهای بالقوه منابعی هستند که فراتر از آب هستند:

مواد معدنی هیدراته در مریخ بزرگترین مخزن آب در مریخ هستند که تا به امروز شناخته شده اند (عمدتاً سولفات ها و فیلوسیلیکات ها). آب را می توان نسبتاً به راحتی از سولفات ها استخراج کرد و همانطور که در مقاله توضیح داده شد، می توان از مواد معدنی به عنوان کود برای تولید مواد غذایی نیز استفاده کرد. از فیلوسیلیکات ها می توان به عنوان مصالح ساختمانی یا به عنوان مثال برای سرامیک ها استفاده کرد. آب مهمترین منبع به ویژه تولید پیشران است. این ممکن است برای مریخ به دلیل فاصله از زمین، گرانش و غیره جالب تر باشد.

سپس، گراس و همکارانش مکان‌های جغرافیایی مختلفی را که در آن مواد معدنی هیدراته بر اساس داده‌های به‌دست‌آمده توسط ابزار طیف‌سنج تصویربرداری شناسایی فشرده مریخ (CRISM) در مدارگرد شناسایی مریخ ناسا (MRO) شناسایی شده‌اند، ارزیابی کردند. این شامل Mawrth Vallis، یک کانال سیل باستانی است که به دشت های Chryse Planitia در نیمکره شمالی مریخ باز می شود، و Juventae Chasma، یک حوضه عمیق ۵ کیلومتری (
۳ مایلی) واقع در شمال Valles Marineris می باشد.

گروس گفت: مناطقی که میزبان انواع مواد مختلف هستند ممکن است جالب باشد. پس، سایت باید به راحتی قابل دسترسی باشد (نه در دره و غیره)، و باید به سایت های علمی جالب نزدیک باشد. من همچنین از ایده داشتن یک پایگاه در مناطق استوایی که دما خیلی سرد نیست حمایت می کنم. و باید فضای کافی در اطراف پایگاه برای رشد با ماموریت های بعدی وجود داشته باشد. Meridiani Planum یک کاندیدای داغ است. ما سعی خواهیم کرد منابع را در آنجا نیز محدود کنیم.

گراس و همکارانش همچنین چگونگی استخراج این منابع را توصیه کردند. به گفته نویسندگان، کم آبی سولفات های مونو و پلی هیدراته از نظر تئوری بهترین روش است زیرا روش های متعددی وجود دارد که روش های نسبتاً ساده، سریع و کم مصرف برای این کار وجود دارد. آنها همچنین توصیه می‌کنند که مأموریت‌های روباتیک قبل از ورود فضانوردان برای شناسایی، ارزیابی و شروع برداشت و پردازش این منابع در پیش‌بینی ورود آنها ارسال شود.

گروس گفت: ‘ماموریت های پیش ساز رباتیک می توانند استخراج و پالایش منابع را به ویژه برای تولید پیشران آغاز کنند.’ ناسا و شرکت های خصوصی در حال انجام مطالعات زیادی در این زمینه هستند. همچنین، به عنوان مثال، ساخت روباتیک زیستگاه ها یا پیش تولید اکسیژن پروژه های قابل تصوری هستند.

این تجزیه و تحلیل احتمالات جدیدی را برای اکتشاف و زیستگاه های طولانی مدت در مریخ ارائه می دهد. اگرچه مناطق قطبی به عنوان مکان مناسبی برای ساختن زیستگاه های آینده دیده می شوند، عمدتاً به دلیل آب یخ زده فراوانی که به آن دسترسی دارند، استخراج این یخ (به ویژه از منابع عمیق زیرزمینی) پرهزینه و محدود کننده خواهد بود. استفاده احتمالی از مواد معدنی هیدراته نه تنها جایگزینی برای عملیات ISRU در مریخ ارائه می دهد، بلکه سایت هایی را در منطقه استوایی برای اکتشاف و ایجاد زیستگاه باز می کند.

ادامه مطلب: Acta Astronautica