fbpx

مستعمرة المريخ: كيفية صنع الهواء والوقود للتنفس من محلول ملحي – بحث جديد

مفهوم الفنان لرواد الفضاء والبشر المستوطنين على المريخ.
ناسا

ديفيد روثيري، الجامعة المفتوحة

تخطط ناسا لإنزال طاقم على القمر بحلول عام 2024، ثم بعد ذلك إلى المريخ ، ربما في ثلاثينيات القرن الحالي. في يوم من الأيام، سيكون لدينا قواعد مأهولة بشكل دائم في كلا العالمين. على عكس زيارات الإقامة القصيرة الأولية، يجب أن تكون القواعد طويلة الأجل مكتفية ذاتياً في أكبر عدد ممكن من الضروريات.

تم إجراء الكثير من الأبحاث في التحضيرلاستخدام الموارد في الموقع (ISRU) التي يمكن أن تساعد في بناء قاعدة قمرية والحفاظ عليها. والآن، أفكار مماثلة للمريخ تلحق بالركب، مع دراسة جديدة نُشرت في PNAS (وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية)، تقترح طريقة لاستخدام محلول ملحي (الماء المالح) الموجود على المريخ لتكوين هواء ووقود يسمحان بالتنفس.

سيكون “العيش على الأرض” أكثر أهمية على المريخ منه على القمر، لأن المريخ بعيد جداً – مما يجعل تكاليف النقل (والوقت) أكبر في المقابل.

وتتمثل إحدى مشكلات الموارد الرئيسية في كيفية توفير ما يكفي من الأكسجين لطاقم قاعدة المريخ للتنفس. فالمريخ له غلاف جوي رقيق فقط، مع ضغط سطح أقل من مائة من ضغط سطح الأرض. والأسوأ من ذلك أنه يتكون من 96٪ من ثاني أكسيد الكربون مع حوالي 0.1٪ أكسجين. بينما يتكون الغلاف الجوي للأرض من 21٪ أكسجين.

تحمل المركبة Mars2020 التابعة لوكالة ناسا، المثابرة (Perseveranc)، والتي هي بالفعل في طريقها إلى المريخ، تجربة تسمى MOXIE، وهو اسم مبتكر بشكل خيالي من تجربة OXygen في الموقع على المريخ.

صورة معنونة لمركبة مارس 2020
مركبة المثابرة المريخ مع تجاربها الرئيسة.
ناسا

الغرض من MOXIE هو إثبات إمكانية إنتاج الأكسجين من ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي للمريخ باستخدام الكهرباء لتقسيمه إلى خليط من الأكسجين وأول أكسيد الكربون، عبر عملية تسمى التحليل الكهربائي. وإذا نجح هذا كما هو متوقع، يمكن جمع الأكسجين واستخدامه لمنح المستعمرين شيئاً للتنفس أو كمكون في الوقود. سيكون أول أكسيد الكربون غير مرغوب فيه، وسيتم تنفيسه مرة أخرى في الغلاف الجوي للمريخ.

الأكسجين من محلول ملحي في المريخ

ومع ذلك، فقد ظهرت طريقة جديدة تستهلك 25 مرة طاقة كهربائية أقل لإنتاج نفس الكمية من الأكسجين. وبغض النظر عما إذا كنت تستخدم الخلايا الشمسية أو مصدراً مشعاً لتوليد الكهرباء، فإن الطاقة المتاحة محدودة، لذلك يعد هذا مكسباً مهماً.

وفي الدراسة الجديدة، أظهر فريق من جامعة واشنطن في الولايات المتحدة كيف يمكن استخدام التحليل الكهربائي بكفاءة لإنتاج الأكسجين والهيدروجين في وقت واحد من محلول ملحي. اتضح أنه عندما تبدأ من محلول مركّز من بيكلورات المغنيسيوم، فمن السهل نسبياً تجزئة مكون الماء في المحلول الملحي إلى أكسجين وهيدروجين باستخدام التحليل الكهربائي.

وقد يبدو هذا غريباً، ولكن يبدو أن بيركلورات المغنيسيوم هي التي يتكون منها الماء المالح الموجود على سطح المريخ وبالقرب من السطح، كما رأينا ذلك على سبيل المثال عندما ظهرت قطرات سائلة على أرجل مركبة الهبوط فينيكس Phoenix التابعة لناسا، والتي هبطت في أقصى شمال المريخ في عام 2008. . كما عثر المسبار Curiosity أيضا أدلة محلول على بيركلورات الكالسيوم الملحي جنوب خط الاستواء المريخي.

قطرات ملحية على أرجل الهبوط على المريخ
قطرات، يُعتقد أنها محلول من بيركلورات المغنيسيوم، على دعامة من فينيكس [ساق الهبوط ثمانية (يسار)، 31 (وسط)، و 44 (يمين) يوماً بعد الهبوط.
ناسا / مختبر الدفع النفاث – معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا / جامعة أريزونا / معهد ماكس بلانك.

وتعتبر أملاح البيركلورات جيدة في نضح المياه من أكثر الأجواء جفافاً، ومن هنا تأتي القطرات على أرجل مركبة فينكس. ويمكنها خفض درجة تجمد السائل إلى 70 درجة مئوية، مما يمنع المحاليل الملحية من البيركلورات المركزة من التجمد حتى في درجات حرارة سطح المريخ المنخفضة. وهناك أماكن حيث يُعتقد أن ظهور الخطوط الرطبة الداكنة هو التدفق الموسمي للمحلول الملحي إلى السطح.

خطوط داكنة على جدار وادٍ في المريخ، والتي قد تكون أكثر من ذلك.
خطوط داكنة على جدار Juventae Chasma، المريخ، والتي من المحتمل أن تكون تسربات موسمية من محلول ملحي.
ناسا/مختبر الدفع النفاث/جامعة أريزونا

إن الدراسة الجديدة تناقش أنه إذا هبطت حيث يتوفر محلول ملحي، يمكنك إنتاج كمية الأكسجين التي تريدها – بشرط أن يكون لديك بشكل غير محدود محلول ملحي وطاقة. والاختراق في كفاءة هذا التحليل الكهربائي لمحلول بيركلورات الملحي له علاقة بتركيب القطب الكهربائي المنتج للأكسجين. لهذا الغرض، استخدمت الدراسة مجموعة متنوعة من المعادن تسمى البيركلور (pyrochlore)، والتي تتكون في هذا النموذج من أكسيد الرصاص والروثينيوم. وتمتلك Pyrochlores مجموعة واسعة من التطبيقات التكنولوجية، بما في ذلك ، كما في هذه الحالة، “كمحفز كهربائي” لجعل التحليل الكهربائي أسرع وأسهل.




إقرأ المزيد:
الماء، الماء، في كل مكان – حيث تشرب في النظام الشمسي


خيارات عملية

ويبقى أن نرى ما إذا كان التحليل الكهربائي على غرار MOXIE لثاني أكسيد الكربون المريخي أو التحليل الكهربائي بواسطة البيركلور للمحلول الملحي المريخي يثبت الطريقة الأكثر عملية لإنتاج الأكسجين على المريخ. يُعد الهيدروجين الناتج عن التحليل الكهربائي لمحلول ملحي مكافأة لا تحصل عليها عن طريق التحليل الكهربائي لثاني أكسيد الكربون، ويمكن استخدامه كوقود للصواريخ كما تشير الدراسة. في الواقع، إذا كنت ترغب في القيام بذلك، فستحتاج إلى استخدام الأكسجين كعنصر مكمل للوقود. ولكن هذا على الأقل يمنحك خياراً: تنفس الأكسجين أو استخدامه في خليط وقود الهيدروجين زائد الأكسجين.

ولن يكون أي من الخيارين متاحاً خلال الرحلة التي تستغرق عدة أشهر من وإلى المريخ، والتي يجب عليها إيجاد حلول لإعادة التدوير لها، كما هو الحال اليوم في محطة الفضاء الدولية. ستكون هذه أيضاً مهمة على سطح المريخ.

إعادة تدوير المواد الاستهلاكية في محطة الفضاء الدولية.
ناسا

هناك طريقة أخرى لتجديد الأكسجين بالطبع، وهي زراعة النباتات في قاعدة المريخ. يمكن أن تمتص هذه ثاني أكسيد الكربون الذي يزفره الطاقم وتحرر الأكسجين عن طريق التمثيل الضوئي. كما يمكن لأعضاء الطاقم أيضًا تناول بعض النباتات، والتي ستكون مصدراً مرحباً به للطعام الطازج.




إقرأ المزيد:
الماء على القمر: بحث يكشف عن نوعه ووفرته – تعزيز خطط الاستكشاف


المحادثة


ديفيد روثري، أستاذ علوم الأرض الكوكبية، الجامعة المفتوحة

تمت ترجمة هذه المقالة من قبل محرري كوربيديا نيوز CorepaediaNews

يتم إعادة نشر هذه المقالة من شبكة The Conversation تحت ترخيص المشاع الإبداعي. قراءة المادة الأصلية.

Mars: mounting evidence for subglacial lakes, but could they really host life?

UAE Mars mission: extraordinary feat shows how space exploration can benefit small nations