Воду на марсе можно пить
Содержание статьи
Источники питьевой воды на Марсе
НАСА недавно объявило о наличии жидкой воды на Марсе. Звучит здорово! Но она насыщена солью, называемой перхлоратами, которые являются, токсичны для людей и растений. Так что это значит для тех, кто хочет заселить Марс? Как мы можем жить на Марсе, если не можем пить местную воду?
Сколько воды нам нужно в день?
На Земле человеку обычно нужно выпивать около половины галлона (2 литра) в день, что эквивалентно 8 стаканам. Активным людям нужно еще больше. Возможно целый галлон в день. Это только то, что нам нужно пить. Кроме того, нам также нужна вода для других вещей, таких как мытье и сельское хозяйство.
На международной космической станции ограничивают потребление воды всего 3 галлонами или 11 литрами в день. Посредством утилизации (да — они пьют свою мочу) МКС может поддерживать достаточное количество воды на некоторое время, но все же ее необходимо периодически пополнять.
Поселенцам на Марсе потребуется более 11 литров в день. Физическая активность, стирка, сельское хозяйство — потребности в чистой воде на Марсе много. Даже если принимать во внимание рециркуляцию воды, то мы будем терять 20% и их нужно как то пополнять.
Таким образом, для населенного пункта, в 1000 человек, 20 литров в день, означает, что колония будет нуждаться в 20 000 литров новой воды каждый день.
Поэтому возникает вопрос: как мы можем получить воду, чтобы выжить?
Привести с собой
Доставить достаточно воды с Земли на Марс для 1000 поселенцев не представляется возможным, что, если бы мы принесли только один из элементов — водород? Объединив его с СО 2 будет достаточно легко превратить водород в воду, верно?
В основном это выглядит так: возьмите углекислый газ из атмосферы Марса, соедините его с водородом, и получите метан (СН 4) и воду, согласно реакции:
CO2 + 4 H 2 → CH 4 + 2 H 2 O
По сути, с помощью небольшого количества дополнительного водорода, привезенного с Земли, можно производить много метана и воды. По крайней мере, достаточного количества топлива, чтобы вернуться на Землю, но будет ли достаточно производство воды для поддержания колонии?
Вес воды, составляет около 11% водорода и 89% кислорода. Это означает, что в 1 литре, будет около 111 граммов водорода. Если мы оценим потребность в 11 литров, необходимых на человека в день, это равносильно 11 кг воды или 1,221 кг водорода — без какой-либо переработки.
Предположим мы привезли дополнительно 8 метрических тонн водорода (8000 кг) с Земли, это даст только около 72 000 литров воды.
При повторном использовании вода может растянуться на некоторое время, но для поселения из 1000 человек это будет всего несколько дней.
Таким образом, получение воды с использованием водорода может работать недолго — для нескольких человек. Для длительного проживания — как, скажем, постоянного — нам нужно что-то другое.
Нам нужно использовать ту воду, которая уже есть на Марсе.
Извлечение из почвы
Вода на Марсе содержится в марсианской почве в виде льдинок. Мы знали это со времен викингов.
След марсохода обнажил льдинки в почве Марса
Лендеры Викингов проверили образцы поверхности почвы, нагревая их до 500 o C, и обнаружили, что они выбрасывают в воду около 1% своего веса. Многие полагают, что эти тесты были неточными, и что количество воды, в среднем, в почве составляет около 4%.
В некоторых районах оно может достигать 20% и более.
Тогда возникает вопрос — как можно ее получить?
Метод состоит в том, чтобы просто собрать насыщенные почвы и затем нагреть их до 500 o C, после чего вода отделится от почвы и выйдет в виде пара. Пар может быть собран и сконденсирован в чистую опресненную воду. После конденсации пар не содержит соли (перхлораты).
Второй очень распространенный метод опреснения воды на Земле. Это проталкивание ее через тонкую мембрану для получения пресной воды. В мембране есть отверстия — достаточно маленькие, чтобы не пропустить соль или грязь, но достаточно большие, чтобы пропустить воду. Вредные вещества накапливаются на одной стороне мембраны, а чистая вода проходит насквозь.
Однако есть несколько проблем с этим процессом.
- Во-первых, хотя он очень хорош для фильтрации соли, он дает лишь небольшую струйку пресной воды, что может быть хорошо для небольшого поселения на Марсе, но было бы лучше иметь способ, позволяющий производить больше чистой воды.
- Во-вторых, этот процесс использует тонкую мембрану. Эту мембрану нужно будет периодически заменять. И получение запасных частей на Марсе будет проблемой. Мы не можем просто позвонить ремонтникам или отправить новую деталь.
Таким образом, самый простой способ получения чистой воды на Марсе может состоять в том, чтобы просто собрать насыщенную почву и нагреть ее, чтобы удалить соли.
Извлечь из марсианских ледяных шапок
На Марсе тонны водяного льда в полярных шапках. Одна северная ледяная шапка имеет протяженность 1000 км (621 миль) и содержит около 1,6 млн куб. Км льда. Сравните это с ледяным щитом Гренландии, который имеет около 2,85 миллиона кубических километров льда.
По оценкам, южная ледяная шапка имеет примерно такой же объем воды, но ледяная шапка здесь покрыта сухим льдом (замороженным углекислым газом) в 3-4 раза больше, чем северная ледяная шапка, и добраться до нее гораздо труднее.
Кроме того, сухой лед на севере полностью исчезает (сублимируется) летом, оставляя чистый пресноводный лед — готовый к уборке. Эта часть шапки называется северной остаточной шапкой и считается, что ее толщина достигает трех километров.
Одним из решений было бы просто построить поселения достаточно близко, чтобы лед мог быть добыт и отправлен в колонию для обработки например рядом с кратером Королев.
И хотя анализ шапок показывает большое количество воды, ее все же необходимо опреснить, как при процессах извлечения почвы.
Так что — получение жизненно необходимой жидкости не должно быть слишком большой проблемой. Это значит, что первые люди на Марсе будут иметь одну основную задачу найти источник, достаточный для поселения. А это значит, что сначала им не нужно будет делать свою воду на Марсе. Им придется принести ее с собой и максимально расширить ее использование.
Переработка с замкнутым циклом
Более двадцати лет НАСА занимается исследованиями технологий жизнеобеспечения в космосе. Конечная цель — создать полностью «замкнутую» систему. Это означает создание системы, которая может полностью перерабатывать воздух, воду и человеческие отходы в закрытой среде.
Поселение Марса определенно будет закрытой средой.
Не было разработано ни одной системы, которая была бы эффективна на 100%.
В настоящее время система развернута на МКС которая имеет эффективность на 80%, что означает, что такие элементы, как кислород, продукты питания и вода должны периодически заменяться. Это все еще довольно хорошо!
Мы сейчас не смотрим на всю систему. Для наших целей давайте просто посмотрим на часть, которая перерабатывает воду.
Система регенерации — 80% воды, используемой в МКС, перерабатывается, включает в себя собственную мочу космонавтов. Это может показаться не очень привлекательным, но оно сводит к минимуму потребность в пополнении запасов — имеющие решающее значение для заселения Марса.
Что все это будет означать для жизни на Марсе? Недавнее обнаружение водяного льда является захватывающим и перспективным способом снабжения марсианских поселений водой, в которой они будут нуждаться. Но марсианская вода очень токсична для человека и потребует небольшой обработки, прежде чем ее можно будет безопасно пить. И хотя полярные ледяные шапки содержат много водяного льда, нам необходимо разработать и протестировать способы сбора и ее очистки. Ну, а до тех пор искусственных систем жизнеобеспечения должно хватить на поддержание жизни.
Пригодилась информация? Плюсани в социалки!
- Проект Mars One успех или провал?
- Возможна ли жизнь на Марсе в 3D домах: последние исследовательские проекты и разработки
- Илон Маск и компания SpaceX делает шаг — полет человека на Марс
Источник
Как будет выглядеть жизнь на Марсе
Жизнь на «красной планете» будет сильно отличаться от земной: там недостаточно кислорода, есть радиация и нет растений. РБК Тренды разбираются, как ученые намерены одомашнивать космос и создавать внеземной комфорт
Основатель космической компании SpaceX Илон Маск считает, что первый человек сможет приземлиться на Марс уже через четыре года. А к 2050 году предприниматель планирует перевести на планету 1 млн человек и организовать колонию. С прогнозами Маска соглашаются и некоторые футурологи, но что ждет людей после того, как они приземлятся на Марс? Как будут выглядеть внеземные дома и чем будут питаться космонавты? Разбираемся по порядку.
Где мы будем жить на Марсе?
Разработчики из NASA одобрили проект архитектурной компании AI SpaceFactory. Архитекторы предлагают строить дома из марсианской земли. Такой подход поможет снизить время и стоимость строительства, поскольку не придется завозить материалы с Земли. Дома при этом будут напоминать огромные вазы или пчелиный улей. Такая форма нужна для смягчения атмосферного давления Марса.
Инженеры собираются строить здания при помощи 3D-печати. Кроме материалов с Марса они планируют использовать базальт и возобновляемый биопластик. [1] Дома будут состоять из внешней оболочки, которая способна защитить здание от сильных ветров, и внутренней отделки, создающей интерьер.
Предполагается, что каждый дом подходит для комфортного проживания четырех человек, но в то же время в них достаточно пространства для марсианских вечеринок. Дом состоит из четырех этажей: первый для влажной обработки скафандра, второй этаж с кухней и два верхних со спальнями и зоной отдыха. Сами спальни напоминают капсулы полузакрытой формы без дверей.
Жизнь на Марсе может проходить внутри такой «капсулы» (Фото: AI SpaceFactory)
Еще один проект домов разработан архитектурной компанией Zopherus из Арканзаса. Она также предлагает использовать 3D-печать и материалы с Марса. Инженеры собираются выпускать на поверхность робота, похожего на паука. Вначале он автономно перемещается по поверхности и ищет подходящее место для строительство дома, а затем плотно прилегает к земле и начинает строить дом из окружающих материалов.
Робот из проекта Zopherus (Фото: NASA)
Проект, правда, разработан не для постоянного проживания, а для космонавтов, прилетевших на Марс с первой миссией. Предполагается, что они проведут в таком здании около года. Дизайн здания получил первое место на конкурсе NASA по проектированию жилья на Марсе. Теоретически такие здания возможно возвести еще до прибытия человека, и они будут ждать своих жильцов столько, сколько потребуется.
Как может выглядеть жизнь на Марсе
Как мы будем дышать на Марсе?
Привлекательность Марса осложняется тем, что воздух там на 96% состоит из углекислого газа. Если не решить вопрос с выработкой пригодного для жизни кислорода, любые идеи о колонизации зайдут в тупик. Один из возможных выходов — цианобактерии. Они поглощают углекислый газ и превращают его в кислород. Цианобактерии действуют по принципу фотосинтеза, но в отличие от растений им не нужен солнечный свет. Ученые обнаружили, что бактерии справляются со своей задачей даже в самых глубоких впадинах океана. [2]
Если перевести цианобактерии на Марс, есть вероятность, что они смогут там прижиться и космонавтам будет чем дышать. Космические агентства и частные компании уже думают о возможной реализации такого проекта.
Если отойти от этой идеи, можно использовать уже испробованный технический способ добычи кислорода. На МКС давно используют электролиз воды. При таком подходе вода расщепляется на кислород и водород. Кислород оставляют для создания пригодной для жизни атмосферы, а водород выбрасывают в космос. Но при колонизации Марса возникнет проблема с водой: ее будет недостаточно для постоянного обеспечения планеты воздухом.
Ученые нашли возможный выход из ситуации. Они обнаружили, что при столкновении углекислого газа с золотой фольгой на высокой скорости атомы кислорода отделяются от углекислого газа. NASA планирует отправить на планету марсоход MOXIE 2020, который проверит, работает ли там подобная система на и возможен ли подобный подход для успешной колонизации этой планеты. [3]
Во что мы будем одеваться?
Система производства кислорода не избавит людей от необходимости периодически носить скафандры. Даже в случае, если система добычи кислорода окажется удачной, на планете останутся территории, непригодные для дыхания. Плюс к этому на Марсе происходят резкие перепады температур: от -157°С до +121°С. Без специальной одежды человек не сможет выжить в подобных условиях.
Для прогулок по Марсу NASA разработала два скафандра нового поколения, способных работать в автономном режиме до восьми часов. [4] Они помогут защитить космонавтов от непригодных для жизни температур и радиации. Дизайнеры проекта обещают, что новые скафандры не будут сковывать движения: в них будет удобно ходить и даже прыгать. Изначально костюмы создавались для высадки человека на Луну, при добавлении небольшого количества модификаций они подойдут и для будущих жителей Марса.
Презентация марсианских скафандров NASA
Что мы будем пить на Марсе?
Воду на Марсе можно добывать из почвы. Марсоходы еще до прибытия человека будут изучать почву и выбирать места, благоприятные для поселения. Специальная аппаратура будет нагревать землю до высоких температур. Вода начнет испаряться, ее отделят от почвы и поместят в специальное хранилище.
Уже добытая вода будет уходить в переработку, которая занимает гораздо меньше времени, чем добыча воды по новой. Только вода, непригодная для фильтрации, будет возобновляться через испарения из почвы. Если верить прогнозам, каждый житель Марса сможет использовать до 50 л воды в день, что вполне достаточно для комфортной жизни.
Чем мы будем питаться?
Поверхность Марса не подходит для выращивания растений, поэтому будущим колонизаторам придется прибегнуть к инновационным способам добычи продуктов. Планируется, что первые люди привезут с Земли запас продовольствия на несколько лет вперед. [5] Среди возможных продуктов — водоросли и насекомые, поскольку они быстро размножаются и для их возобновления не нужна почва.
В дальнейшем производство продуктов питание переместится в специально оборудованные помещения с искусственным светом. Питательные вещества для растений будут получать из отходов, либо приводить с Земли. Людей, прилетающих на Марс, обучат работе с тепличным оборудованием Марса, и каждый желающий сможет построить свой персональный огород.
Среди других возможных вариантов — 3D-печать пищевых продуктов. На Марс будет сложно завести животных, и колонизаторы рискуют остаться без мясных продуктов. Потенциальное создание искусственного мяса поможет решить эту проблему и одновременно обеспечить более гуманный способ производства продукта.
Колонизация Марса: почему до сих пор ничего не вышло
Источник
Соленую воду на Марсе посчитали непригодной для жизни
NASA/JPL/University of Arizona
Поверхность Марса и его неглубокие недра не подходят для существования живых организмов, поскольку жидкость на планете образуется в достаточно суровых условиях и не может существовать долго в стабильном состоянии. К такому выводу ученые пришли на основе моделирования поведения марсианского «рассола» в современных условиях. Статья, рассказывающая о результатах исследования, вышла в Nature Astronomy.
Сегодня на Марсе не существует жидких рек и озер — вода на нем встречается лишь в виде залежей льда и небольшого количества пара в атмосфере. Это связано с тем, что на планете очень холодно (средняя годовая температура приблизительно −60 градусов Цельсия), а давление у поверхности в 160 раз меньше земного, в результате чего вода, вместо того, чтобы плавиться, сразу переходит в газообразное состояние. Однако ученые долгое время не оставляли попыток обнаружить жидкую воду на Марсе и, как оказалось, не зря. Дело в том, что даже при температурах значительно ниже 0 градусов Цельсия вода может находиться в жидком состоянии за счет растворенных в ней солей. В 2015 году физик Луджендра Оджа обнаружил на планете темные полосы, которые, как посчитали ученые, могли быть сезонными потоками, содержащими соли хлорной кислоты. Впоследствии выяснилось, что, скорее всего, это потоки песка, но открытие подтолкнуло астрономов к новым исследованиям.
Чтобы определить, как соленая вода будет вести себя на поверхности Марса, Эдгар Ривера-Валентин (Edgard Rivera-Valentín) из Лунного и планетарного института в Хьюстоне вместе с коллегами провел компьютерное моделирование. Исследователи совместили информацию о погодных условиях, измерения космических аппаратов и данные лабораторных экспериментов с солями, которые встречаются на марсианской поверхности (перхлорат магния и перхлорат кальция), чтобы понять, насколько стабильны будут растворы этих солей и где они могут образовываться. Для перхлората магния индекс активности, который можно рассматривать как меру солености (1 — дистиллированная вода, 0 — чистая соль) составил 0,56, а для перхлората кальция — 0,52.
Выяснилось, что «рассол» может встречаться на 40 процентах поверхности Марса, в основном в средних и высоких северных широтах. Однако в стабильном состоянии он будет существовать лишь сезонно и только 0,04 процента года (примерно 6 часов за 687 земных дней). Кроме того, его температура окажется крайне низкой — около -48 градусов Цельсия, что примерно на 25 градусов ниже известного допускаемого значения для жизни на Земле. Из этого исследователи заключили, что известные нам организмы вряд ли смогут существовать в подобной среде.
Авторы не исключают, что на Земле могут существовать пока что не обнаруженные формы жизни, которые будут чувствовать себя комфортно в этих условиях. С другой стороны, их результаты показывают, что риск биологического загрязнения Марса довольно низок, что может быть полезно при будущих миссиях.
Сегодня многие исследования показывают, что в древности климат Марса был намного более благоприятен для существования организмов. Так, одна группа ученых пришла к выводу, что около четырех миллиардов лет назад там могли теоретически обитать литотрофы — микроорганизмы, использующие энергию неорганических соединений. Сегодня поиски жизни на Марсе связаны с регистрацией в атмосфере метана — частого спутника живых организмов на Земле. Подробно об этом мы писали в материале «Есть ли коровы на Марсе».
Кристина Уласович
Источник