ساخت تجهیزات پیشرفته برای استخراج سوخت و هوا از منابع آب شور مریخ

ساخت تجهیزات پیشرفته برای استخراج سوخت و هوا از منابع آب شور مریخ

با وجود تلاش برای ماموریت نفس‌گیر فرستادن فضانوردان به سیاره سرخ، دانشمندان وسیله‌ای ساخته‌اند که از منابع آب شور مریخ هوا و سوخت استخراج می‌کند.

بهره‌برداری از منابع آب شور مریخ یکی از کلیدی‌ترین نکات در ماموریت ارسال فضانوردان به سیاره سرخ بوده و دانشمندان هم‌اکنون با ساخت پیشرفته‌ترین تجهیزات ممکن، مشغول توسعه روش‌ها و تکنولوژی‌هایی هستند که بتوانند از این منابع، سوخت و هوا استخراج کنند.

گفته شده که آژانس فضایی آمریکا قصد دارد تا کمی بیشتر از یک دهه دیگر، فضانوردان خود را روی سیاره سرخ فرود آورده و به کمک آن‌ها، نمونه‌های سنگ و خاک مریخ را به زمین بیاورد. تاکنون به غیر از ربات‌های فوق پیشرفته، هیچ انسانی رو سیاره همسایه ما در منظومه شمسی پا نگذاشته و در صورت موفقیت ناسا در ماموریت مورد نظر، حاصل دهه‌ها تلاش این سازمان برای پیشرفت در حوزه هوافضا به نتیجه‌ای شگفت‌انگیز خواهد رسید.

البته یکی از مهم‌ترین نکات در این رابطه، فاصله بسیار زیاد بین زمین و مریخ بوده و به همین دلیل، هر ماموریتی که سرنشینان یک فضاپیما را به سیاره سرخ ببرد، باید تا حد امکان خودکفا باشد. به همین دلیل استفاده از منابع آب شور مریخ و استخراج هر ماده قابل استفاده موجود در مقصد که به درد فضانوردان بخورد، بسیار حیاتی است.

به صورت کلی می‌توان مواد مورد نیاز زنده نگه داشتن بشر مانند اکسیژن و آب آشامیدنی را از چنین منابعی استخراج کرد و به علاوه، نکته مهم دیگر تامین سوخت مورد نیاز موشک‌ها برای بازگرداندن فضانوردان به زمین، به کمک منابع مریخی است. با این حال چالش بزرگی که سر راه استفاده از آب‌های مورد نظر وجود دارد، شور بودن این منابع است.

استفاده از منابع آب شور مریخ

در همین رابطه، خبر رسیده که دانشمندان دانشگاه واشینگتن آمریکا (WUSTL) دستگاهی جم و جور و در عین حال سبک را ساخته‌اند که می‌تواند با فرآیند الکترولیز، آب شور را به مواد قابل استفاده تبدیل کند. دلیل اصلی اهمیت چنین دستگاهی هم تطابق آن با اهداف ناسا به منظور استفاده از منابع مریخی بوده و از آنجایی که آژانس فضایی آمریکا از مدت‌ها پیش به دنبال کاهش وابستگی فضانوردان خارج از جو زمین به منابع زمینی بوده، اختراع دانشگاه واشینگتن توجه زیادی به خود جلب کرده است.

از طرف دیگر ناسا و سایر آژانس‌های فضایی دنیا به دنبال کاهش هزینه‌های مورد نیاز برای اکتشافات فضایی هستند و محصولی که به سرپرستی ویجای رمانی (Vijay Ramani) از دانشگاه WUSTL ساخته شده، با این اهداف سازگاری کامل دارد.

البته دستگاه‌های الکترولیز از مدت‌ها پیش برای تبدیل مواد گوناگون به یکدیگر، با انجام واکنش‌های شیمیایی، به کار گرفته می‌شدند؛ اما مشکل اصلی وسایل و تکنیک‌های قدیمی‌تر، حجم بالای تجهیزات و دردسرهای عملی کردن فرآیند بوده است. در دستگاه‌های قدیمی تجهیزات الکترولیز به کمک برق و سلول‌های سوختی ترکیبات شیمیایی را تجزیه کرده و برای ساخت مواد جدید آن‌ها را مجدد با هم ترکیب می‌کردند.

یکی از دستگاه‌هایی که با بهره‌گیری از تکنیک‌های قدیمی‌تر توسط تیمی از دانشگاه ام آی تی (MIT) آمریکا، برای استفاده از هوای مریخ ساخته شده، موکسی (MOXIE) نام دارد و هم‌اکنون یک ورژن از آن، در راه رسیدن به مریخ قرار گرفته است؛ در تابستانی که گذشت، ناسا تازه‌ترین مریخ‌نورد خود که با نام استقامت یا همان مریخ ۲۰۲۰ شناخته می‌شود را به سمت سیاره سرخ فرستاد و دستگاه موکسی هم سوار بر کاوشگر مورد نظر به مریخ فرستاده شد. استقامت در فوریه ۲۰۲۱ به مقصدش می‌رسد و عملکرد موکسی هم در شرایط واقعی مریخ آزمایش خواهد شد.

تجهیزات قدیمی و جدید

ساخت تجهیزات پیشرفته برای استخراج سوخت و هوا از منابع آب شور مریخ

بر اساس اطلاعات موجود، اختراع تیم ام آی تی (تصویر بالا) به کمک سلول الکترولیز کننده اکسید جامد (SOEC)، اکسیژن را از هوای مریخ که سرشار از کربن دی اکسید بوده، استخراج می‌کند.

به همین روش دستگاه‌های قدیمی‌تری که ایده استفاده از آن‌ها برای بهره‌برداری از منابع آب شور مریخ مطرح شده و با نام الکترولیزرهای آبی شناخته می‌شوند هم وجود دارند؛ در فرآیند به کار رفته در این دستگاه‌ها، با تجزیه مولکول‌های آب، علاوه بر استخراج گاز اکسیژن برای تنفس فضانوردان گاز هیدروژن هم که بعدا به هیدروژن مایع و سوخت موشک تبدیل می‌شود، به دست خواهد آمد.

البته این دستگاه‌های قدیمی مستقیما قادر به استفاده از آب شور مورد نظر نیستند و برای چنین کاری ابتدا از یک وسیله نمک‌زدایی به منظور شیرین کردن آب مریخ استفاده شود و در مرحله بعد، آب شیرین و غیر یونیزه موجود با فرآیند الکترولیز آب به اکسیژن و هیدروژن تبدیل می‌شود.

با این وجود نوآوری خاصی که توسط تیم رمانی از دانشگاه واشینگتن ارائه شده، حذف دستگاه شیرین کننده آب از فرآیندهای مورد نظر است؛ در واقع این تیم اولین دستگاه الکترولیز آبی را ساخته‌اند که می‌تواند با محلول‌های شور کار کند. رمانی در این رابطه می‌گوید که آند استفاده شده در این اختراع از نوع آند پیروکلر روتنات سرب بوده که در کنار یک کاتد پلاتین روی کربن، کار تجزیه منابع آب شور مریخ را انجام می‌دهد.

محققان WUSTL می‌گویند که آند مورد نظر مشخصا توسط آن‌ها و برای عملی کردن روشی جدید طراحی شده و کنار هم گذاشتن چنین اجزا دقیقی در کنار استفاده بهینه از پیشرفته‌ترین دستاوردهای مهندسی الکتروشیمی به آن‌ها کمک کرده تا اختراع مورد نظر ناسا را بسازند.

کشف منابع آب شور مریخ

تاکنون کاوشگرهای مختلف و ماموریت های اکتشافی بسیاری وجود منابع آب شور مریخ را تایید کرده‌اند که کاوشگر فینیکس (Pheonix Mars Lander) یکی از آن‌هاست؛ این ربات در سال ۲۰۰۸ با آنالیز خاک مریخ نشان داد که مقدار زیادی نمک در یخ موجود در این خاک قرار گرفته است.

ساخت تجهیزات پیشرفته برای استخراج سوخت و هوا از منابع آب شور مریخ

از طرف دیگر، کاوشگر مارس اکسپرس (Mars Express) آژانس فضایی اروپا هم مدتی پیش چندین منبع زیرزمینی آب در مریخ را کشف کرد که به واسطه داشتن مقادیر زیادی نمک، با وجود هوای فوق‌العاده سرد مریخ، همچنان در حالت مایع باقی مانده‌اند. عکس بالا تصور دانشمندان از منابع زیرزمینی آب زیر سیاره مریخ را نشان می‌دهد.

به همین دلیل برخورداری از تجهیزاتی مانند اختراع رمانی و همکارانش که بدون نیاز به تجهیزات شیرین کننده آب، عناصر موجود در آب شور را استخراج می‌کنند، بسیار مهم است. به علاوه تنها کاربرد چنین تجهیزاتی برای راحت‌تر کردن سفر به مریخ نبوده و در آینده برای رفتن به اجرام آسمانی دیگر هم می‌توان به کمک چنین اختراعاتی، اکتشافات بشر را بسیار ساده‌تر کرد.

برای مقایسه عملکرد تکنیک‌های قدیمی که در تجهیزاتی مانند موکسی استفاده شده، با روش‌های تازه‌تر مانند دستگاه تیم دانشگاه واشینگتن، جالب است بدانید که جدیدترین بررسی‌های دانشمندان دانشگاه ام آی تی نشان داده که موکسی می‌تواند با استفاده از ۳۰۰ وات برق، هر یک ساعت میزان ۱۰ گرم اکسیژن خالص را از هوای مریخ استخراج کند. این در حالی بوده که اختراع تیم رمانی با همان میزان مصرف برق، هر ساعت ۲۵۰ گرم اکسیژن را تولید کرده و همچنین، مقدار قابل توجهی گاز هیدروژن را در اختیار ما قرار می‌دهد.

منابع آب شور مریخ و زمین در اختیار بشر

یکی از اعضای تیم دانشگاه WUSTL می‌گوید که در نگاه اول، ناخالصی‌های منابع آب شور مریخ همانند مزاحمانی هستند که زندگی انسان روی سیاره مورد نظر را سخت می‌کنند؛ اما باید به یاد داشته باشیم که همین ناخالصی‌ها آب‌های مورد نظر را در حالت مایع نگه داشته‌اند و به کمک آن‌ها، انتقال جریان الکتریسیته درون آب و عملی کردن فرآیند الکترولیز مدنظر ما هم راحت‌تر خواهد شد.

همان‌طور که انتظار می‌رود، اختراع تیم رمانی در شرایطی مشابه وضعیت مریخ عملکرد قابل توجهی دارد و دانشمندان برای شبیه‌سازی این شرایط، دستگاه را در فشار هوای بسیار پایین و دمای ۳۶- سلسیوس امتحان کرده‌اند. رمانی در این رابطه می‌گوید که دستگاه مورد نظر می‌تواند ماموریت‌های رفت و برگشت به مریخ را به شکل شگفت‌انگیزی دگرگون کند و همچنین، می‌توان با چنین فرآیندی از آب‌های شور اقیانوسی سیاره زمین به عنوان منبعی برای استخراج اکسیژن و سوخت استفاده کرد.

به عنوان مثال یکی از مهم‌ترین استفاده‌های اختراع رمانی، ساخت تجهیزاتی بوده که در زیردریایی‌ها، سوخت و اکسیژن لازم برای زیر آب ماندن تجهیزات را فراهم کرده و طول مدت ماموریت‌ها را بدون آمدن زیردریایی به سطح آب، بیشتر می‌کنند. از طرف دیگر استخراج سوخت موشک و مواد قابل اشتعال با آلودگی پایین از منابع آب شور مریخ یا زمین، می‌تواند صنایع تامین انرژی را دگرگون کرده و وضعیت زندگی بشر را به شکل ویژه‌ای بهبود ببخشد.

پاسخ بدهید

وارد کردن نام و ایمیل اجباری است | در سایت ثبت نام کنید یا وارد شوید و بدون وارد کردن مشخصات نظر خود را ثبت کنید *

*