منطق پشت این ایده بسیار ساده و سرراست است: هرچه جرم کمتری – مخصوصاً به شکل سوخت – لازم باشد از چاه گرانشی زمین خارج کنیم، مأموریت‌ها ارزان‌تر، عملی‌تر و قابل انجام‌تر خواهند شد. یعنی اگر بتوانیم سوخت را در مقصد بسازیم، دیگر مجبور نیستیم همه‌چیز را از زمین به فضا ببریم، و این به‌طور مستقیم هزینه‌ها و پیچیدگی‌های مأموریت را کاهش می‌دهد.
اما اکنون مقاله‌ای تازه از دونالد رَپ – رئیس پیشین بخش فناوری در آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا (JPL) و یکی از پژوهشگران اصلی پروژه‌ی موفق MOXIE در مریخ – استدلال می‌کند که با وجود جذابیت ایده‌ی ساخت سوخت در کره‌ی ماه، شاید توسعه‌ی سامانه‌های مورد نیاز برای این کار اصلاً ارزشمند نباشد. مریخ اما داستان دیگری دارد؛ آن‌جا شرایط کاملاً متفاوت است و احتمالاً تولید سوخت به‌صرفه‌تر و قابل انجام‌تر خواهد بود.
در همین ابتدا یک واقعیت مهم را باید صادقانه بیان کنیم: بسیاری از سازمان‌های فضایی – و در رأس آن‌ها ناسا – در حال حاضر با برنامه‌های اکتشافی ماه دچار مشکل و ناتوانی شده‌اند. نمونه‌ی بارز این مسئله، لغو مأموریت کاوشگر VIPER در سال گذشته است؛ این کاوشگر قرار بود در قطب جنوب ماه جست‌وجو کند و یخ‌های آب را شناسایی و بررسی نماید. اما لغو این پروژه یک واقعیت ساده را برجسته کرد: ما هرگز تا کنون نتوانسته‌ایم سوخت را در ماه و از منابع خودِ ماه تولید کنیم. و آن‌گونه که شواهد نشان می‌دهد، این کار در آینده‌ی نزدیک نیز آسان نخواهد بود.
به‌طور کلی دو روش اصلی برای تولید سوخت (به‌خصوص اکسیژن) در ماه مطرح شده است:
۱) فرایند کاهش کربوترمال
۲) استخراج یخ از قطب‌ها
هر دو روش، مشکلات لجستیکی جدی دارند و فناوری مربوط به آن‌ها هنوز از نظر عملی «خطرزدایی» یا کاهش ریسک نشده است.
در روش اول یعنی کربوترمال، نیاز اساسی به متان وجود دارد. اما متان در ماه وجود ندارد؛ پس باید آن را از زمین ارسال کنیم، که خود یک هزینه و پیچیدگی بزرگ است.
در این فرایند، ابتدا رِگولیت (خاک و سنگ‌ریزهای سطح ماه) باید تا دمای بیش از ۱۶۵۰ درجه‌ی سلسیوس حرارت داده شود تا به حالت مذاب برسد. سپس متان به آن تزریق می‌شود تا اکسیدهای موجود در رگولیت تجزیه شوند و اکسیژن ذخیره‌شده در آن آزاد شود. این یعنی:
- نیاز به یک ماده‌ی اولیه‌ی قابل اشتعال که باید از زمین منتقل شود،
- نیاز به انرژی بسیار زیاد برای رسیدن به آن دمای فوق‌العاده بالا،
- و نیاز به سامانه‌ای صنعتی با حداقل ۱۴ مرحله مختلف شامل حفاری خودکار، نوارهای لرزنده برای انتقال مواد، سیستم‌های تخلیه‌ی باطله و غیره.
دکتر رَپ تأکید می‌کند که هیچ‌یک از این ابزارها تاکنون در محیط واقعی ماه آزمایش نشده‌اند. برخی از آن‌ها فقط به‌صورت اولیه در اتاق‌های خلأ مورد آزمایش قرار گرفته‌اند؛ اما محیط خلأ آزمایشگاهی با شرایط سخت و غیرقابل پیش‌بینی ماه قابل مقایسه نیست.
در روش دوم یعنی استخراج یخ از مناطق قطبی ماه، چالش‌ها حتی بدتر هستند. ما می‌دانیم که یخ قطبی وجود دارد، اما نمی‌دانیم ماهیت آن چیست. آیا این یخ مانند برف نرم است؟ یا مانند پرمافراست سخت و چسبنده؟ هیچ‌کس واقعاً نمی‌داند.
پاسخ به این پرسش، کل روش استخراج را تغییر می‌دهد. VIPER قرار بود این اطلاعات حیاتی را به‌دست آورد و به ما بگوید این یخ‌ها دقیقاً در چه شکل و شرایطی هستند. لغو این مأموریت اکنون یک خلأ بزرگ در دانش ما ایجاد کرده است.
حتی اگر این داده‌ها را داشتیم، باز هم استخراج یخ با مشکلات بزرگ مواجه بود. بزرگ‌ترین چالش این است که بخش عمده‌ی یخ‌های قطبی در نواحی همیشه در سایه (Permanently Shadowed Regions) قرار دارند؛ یعنی مناطقی که هرگز نور خورشید دریافت نمی‌کنند.
این موضوع یک پیامد مهم دارد:
سامانه‌های لازم برای استخراج یخ، ذوب و جدا کردن اکسیژن، همگی به انرژی نیاز دارند، اما این مناطق فاقد نور خورشید برای تغذیه‌ی سامانه‌های انرژی خورشیدی هستند. پس باید راه‌های دیگر مثل باتری‌های عظیم، رآکتورهای هسته‌ای یا انتقال انرژی از نقاط روشن ماه طراحی شوند، که همه‌ی این‌ها مسائل پیچیده، سنگین و پرهزینه‌ای هستند.
اکنون اگر این چالش عظیم و بارهای لجستیکی را کنار هم قرار دهیم و آن را با وضعیت مریخ مقایسه کنیم، تفاوت چشمگیر می‌شود.
در مریخ، فناوری MOXIE نه‌تنها وجود دارد، بلکه در میدان واقعی مریخ نیز آزمایش و تأیید شده است. MOXIE توانست اکسیژن را مستقیماً از جو مریخ جدا کند.
این یک مزیت کلیدی است:
مریخ جو دارد، ماه ندارد.
این یعنی:
- نیازی به حفاری نیست،
- نیازی به انتقال تُن‌ها خاک و سنگ نیست،
- نیازی به نوار نقاله، بیل مکانیکی و خنک‌سازی و تصفیه و تخلیه‌ی باطله نیست،
- نیازی به گرم‌کردن سنگ تا ۱۶۰۰ درجه نیست،
- و نیازی به تزریق مواد قابل انفجار مثل متان نیست.
کافی است یک پمپ روشن شود و هوا وارد دستگاه گردد. سپس دستگاه، اکسیژن و دی‌اکسیدکربن را جدا و خروجی می‌دهد. افزایش مقیاس تولید، در مقایسه با کابوس مهندسی استخراج اکسیژن از ماه، بسیار ساده‌تر است.
آخرین نکته‌ی مهم که دکتر رَپ مطرح می‌کند، مربوط به هزینه‌ی حمل سوخت از مدار زمین (LEO) به سایر اجرام منظومه‌ی شمسی است.
طبق محاسبات او:
- تحویل ۱ کیلوگرم سوخت به ماه نیازمند ۲.۵ کیلوگرم سوخت مصرف‌شده است.
- اما برای رساندن ۱ کیلوگرم سوخت به مریخ باید ۸ تا ۱۰ کیلوگرم سوخت مصرف شود.
بنابراین حتی اگر مهندسان راهی پیدا کنند که اکسیژن را به‌طور کارآمد از خاک ماه استخراج کنند، باز هم این کار نسبت به سرمایه‌گذاری روی تولید سوخت در مریخ فقط یک‌چهارم بازدهی دارد.
اما این نتیجه‌گیری یک فرض اساسی دارد:
فرض اینکه مقصد بعدی ما واقعاً مریخ باشد.
در حال حاضر، مشکلات بودجه‌ای مربوط به مأموریت بازگشت نمونه از مریخ (Mars Sample Return) – که می‌توانست از فناوری MOXIE بهره ببرد – این پروژه را در آستانه‌ی لغو قرار داده است.
با اینکه این مأموریت گزینه‌ای بسیار پرهزینه است، اما اگر واقعا بخواهیم از مریخ در چند دهه‌ی آینده پرتاب‌هایی انجام دهیم، توسعه‌ی فناوری تولید سوخت در همان‌جا بسیار ارزشمندتر خواهد بود. توسعه‌ی فناوری تولید سوخت روی ماه، در حالی که ممکن است ده‌ها سال هرگز استفاده نشود، بازده کمتری دارد—حتی اگر این فناوری بالقوه ساده‌تر و قابل مقیاس باشد.
در نهایت، منابع برای اکتشافات فضایی همیشه محدود بوده‌اند، و تصمیم‌گیری درباره‌ی اینکه این منابع دقیقاً کجا باید صرف شوند، همیشه فقط بر اساس کارایی تکنولوژیکی انجام نمی‌شود؛ بلکه بر اساس اهداف واقعی، برنامه‌های زمانی مأموریت‌ها و نیازهای فوری فضایی تعیین می‌شود.
