Идея создания поселений на Марсе — популярная цель для миллиардеров, космических агентств и любителей межпланетных путешествий. Но для строительства нужны материалы, и мы не можем отправлять их все с Земли. Отправка марсохода NASA Perseverance весом в одну тонну на Красную планету обошлась в 243 миллиона долларов США. Если мы будем строить поселение не для муравьёв, нам понадобится гораздо больше материалов. Так как же нам их туда доставить?
Доктор Дедди Набабхан, научный сотрудник CSIRO и выпускник Суинбернского университета, годами размышлял над этим вопросом. Его ответ кроется в марсианской почве, известной как реголит.
«Отправлять металлы на Марс с Земли может быть осуществимо, но это неэкономично. Можете представить себе доставку тонн металлов на Марс? Это просто непрактично», — говорит он.
«Вместо этого мы можем использовать то, что есть на Марсе — это называется использованием ресурсов на месте (ISRU)», — объясняет доктор Набабхан.
Более конкретно, доктор Набабхан занимается астрометаллургией — получением металлов в космосе.
Оказывается, на Марсе есть все ингредиенты, необходимые для получения местных металлов. В частности, в реголите содержатся богатые железом оксиды, а углерод из тонкой атмосферы планеты действует как восстановитель.
Астрометаллург Суинбернского технологического университета профессор Акбар Рамдхани работает с доктором Набабханом, чтобы протестировать этот процесс на имитаторе реголита — искусственном воссоздании того, что можно найти на Марсе. Работа была опубликована в двух статьях в журнале Acta Astronautica.
«Мы выбрали имитатор с очень похожими свойствами тому, что можно найти в кратере Гейла на Марсе, и обработали его на Земле в условиях, имитирующих марсианские, чтобы получить представление о том, как этот процесс будет работать за пределами Земли», — сказал профессор Рамдхани.
Имитатор помещают в камеру при давлении на поверхности Марса и нагревают до постепенно увеличивающихся температур. Эксперименты показали образование чистого железа при температуре около 1000 °C, а жидкие железо-кремниевые сплавы получены при температуре около 1400 °C.
«При достаточно высоких температурах все металлы слились в одну большую каплю. Затем её можно было отделить от жидкого шлака так же, как это делается на Земле», — сказал профессор Рамдхани.
Вместе с доктором Набабханом профессор Рамдхани сотрудничает с доктором Марком Паунсби из CSIRO, чтобы продвинуть этот процесс вперёд. Они особенно сосредоточены на получении металлов без отходов, где побочные продукты процесса используются для изготовления полезных предметов.
ISRU — это растущая область космической науки, потому что в ракетных запусках важен каждый килограмм. Хотя стоимость запусков снижается, потребности в исследованиях и освоении человеком космоса огромны.
Но уже происходят огромные события, включая первую демонстрацию ISRU за пределами Земли: эксперимент MOXIE на борту марсохода Perseverance произвёл пригодный для дыхания кислород, используя только углекислый газ из атмосферы планеты.
Производство металлов — следующий гигантский шаг. Профессор Рамдхани надеется, что сплавы, изготовленные на Марсе, можно будет использовать в качестве оболочек для жилых домов или исследовательских объектов, а также в машинах для земляных работ.
«Конечно, есть проблемы. Нам нужно лучше понять, как эти сплавы будут вести себя со временем, и, конечно, можно ли будет воспроизвести этот процесс на настоящей марсианской поверхности», — сказал он.
Но тем временем Суинберн и его партнёры удваивают усилия. Профессор Рамдхани вместе с доктором Мэттом Шо и доктором Дедди Набабханом из CSIRO недавно провели четырёхдневный совместный мастер-класс по астрометаллургии в Южной Корее, и отзывы были многообещающими.
«Мы начинаем видеть рост интереса к этой области во всём мире, поскольку мир серьёзно относится к исследованию Марса», — сказал он.
«Чтобы это произошло, нам понадобятся эксперты из многих областей — горнодобывающей, инженерной, геологической и многих других».
Для доктора Набабхана преимущества выходят за рамки исследований. Он надеется, что их исследования также будут способствовать более эффективной металлургии на Земле.
«Делая это, я хочу помочь развитию освоения космоса, и, в конце концов, это принесёт пользу жизни людей здесь, на Земле», — сказал он.