Когда астронавты начнут исследовать Марс, они столкнутся с многочисленными проблемами. Помимо времени и энергии, которые потребуются для того, чтобы добраться туда, и всех рисков для здоровья, связанных с длительными космическими миссиями, существуют также опасности, связанные с самой марсианской средой.
К ним относятся невероятно разреженная и токсичная атмосфера Марса, высокий уровень радиации, которому подвергается планета, а также тот факт, что поверхность Марса чрезвычайно холодная и более сухая, чем самые сухие пустыни на Земле.
В результате миссии на Марс должны будут использовать местные ресурсы для обеспечения всего самого необходимого - процесс, известный как использование ресурсов на месте (ISRU). Для решения проблемы топливных ресурсов команда испанской инновационной компании Tekniker разрабатывает систему, которая использует солнечную энергию для переработки сточных вод астронавтов в топливо. Эта технология может стать переломным моментом для полетов в дальний космос в ближайшие годы, включая Луну, Марс и другие планеты.
Компания Tekniker со штаб-квартирой на северо-востоке Испании является некоммерческой организацией, занимающейся исследованиями, разработками и инновациями (R&D&I), которая специализируется на передовом производстве и информационно-коммуникационных технологиях (ИКТ). Эта фотоэлектрохимическая система на основе высокоэффективных каталитических материалов производит углеводороды, такие как метан, монооксид углерода или спирты из атмосферного CO2 и сточных вод.
В процессе работы система также очищает используемые сточные воды, работая как метод рециркуляции воды. Система является детищем инженера по телекоммуникациям компании Tekniker доктора Борха Поза и инженера по материалам доктора Евы Гутьеррес. Как объяснил Поза в недавнем пресс-релизе ЕКА:
"Мы стремимся сделать первый реактор для производства космического топлива на Марсе, используя воздух планеты, который на 95% состоит из углекислого газа". Реактор будет питаться от солнечного света, а для производства топлива будет использоваться сточная вода".
На Марсе жидкая вода не является легкодоступной, но многочисленные свидетельства указывают на существование подповерхностного льда во многих регионах. В соответствии с процессом ISRU, будущие миссии будут собирать этот лед для обеспечения питьевой водой, орошения растений, санитарных условий и производства ракетного топлива. Это происходит путем расщепления молекул воды (O) с получением молекулярного водорода (H) и газообразного кислорода (O).
При охлаждении до криогенных температур эти элементы превращаются в два компонента обычного водородного топлива - жидкий водород и жидкий кислород (LOX).
Таким образом, местонахождение залежей водяного льда на Марсе представляет собой серьезную проблему для планировщиков миссий и выбора будущих мест посадки. Вокруг полюсов имеются обильные запасы воды, сосредоточенные в ледяных шапках, а слои подповерхностной вечной мерзлоты наблюдались на всех широтах.
В некоторых местах вокруг полюсов водяной лед был обнаружен всего в 30 см под поверхностью, что делает его легкодоступным. Недавние данные, полученные орбитальным аппаратом ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), показали наличие большого количества льда, смешанного с реголитом на дне массивной системы каньонов Марса - Валлес Маринерис. Есть также свидетельства того, что в средних широтах планеты могут существовать подземные источники льда, хотя эта возможность остается спорной.
Жан-Кристоф Бертон, технический сотрудник ЕКА по проекту в Европейском центре космических операций (ESOC) в Германии, сказал:
"Результаты этой работы могут дать ЕКА ценные сведения о производстве топлива на Марсе или для питания удаленных объектов, таких как наземные станции на Земле. Потенциально это также может стать вкладом в разработку способов декарбонизации нашей собственной атмосферы".
Проект был представлен в ответ на открытый призыв Открытой космической инновационной платформы ЕКА (OSIP), которая ищет новые перспективные идеи для применения в космосе. Эта система является одной из многих технологий, которые позволят астронавтам и экипажам жить и работать в течение длительного времени на Луне, Марсе и за их пределами.
В этих условиях миссии по пополнению запасов будут добираться до них неделями или месяцами, что делает зависимость от Земли непрактичной.
К ним относятся технологии, которые позволят астронавтам использовать местный реголит для строительства мест обитания, защищающих от стихий и радиации на Марсе, выращивать и культивировать продукты питания в этих местах, а также получать кислородный газ из марсианской атмосферы.