Використання ресурсів in situ (In situ — з лат. — на місці) — у дослідженні космосу визначається як збирання, обробка, зберігання та використання матеріалів, що зустрічаються протягом космічних досліджень. Внаслідок цього зникає необхідність доставляти їх із Землі. Такі ресурси можуть застосовуватися для системи підтримки життєдіяльності, виготовлення ракетного палива, матеріалів будівництва, енергії для космічних апаратів.
Наразі єдиним методом BPIS є використання сонячної енергії шляхом застосування фотовольтаїки. Інші під час космічних місій не застосовували, хоча було проведено кілька випробувань.
Марс
Зовнішні відеофайли | |
---|---|
Установка для видобування кисню із ґрунту на YouTube |
Дослідження використання ресурсів in situ на Марсі пов'язані насамперед із можливістю виробництва там елементів палива, а саме: метану (пальне) та кисню (окисник). Вони необхідні для роботи безпосередньо на місці, але в основному — для повернення на Землю космічних апаратів. Останні можуть бути безпілотними і містити зібрані на Марсі зразки, дослідити які можна лише на Землі, або пілотованими.
Основним способом є використання реакції Сабатьє за підвищених температурі (300—400 °C) та тиску із нікель-каталізатором:
Діоксид вуглецю, отриманий із атмосфери Марса, реагує із невеликою кількістю водню, привезеного із Землі. В результаті отримується метан (пальне) та вода. Проведення електролізу води дає змогу отримати кисень (окисник) та водень, який можна використовувати як пальне, а також — для реакції Сабатьє:
Кисень також можна отримати із наступної реакції:
- .
Отримані гази для палива перед використанням або зберіганням необхідно зріджувати.
У 2011 році НАСА здійснювало переробку штучної марсіанської атмосфери на експериментальній установці, масою 50 кг та потужністю 700 Вт. Установка працювала протягом п'яти днів, виробляючи 1 кг/день CH4/O2 із чистотою метану 98+%. Планувалося, що для отримання 1 т палива необхідно використати 17 МВт·год енергії.
Програма НАСА Mars Surveyor 2001 повинна була продемонструвати виробництво кисню із атмосфери Марса та методи зменшення впливу атмосферного марсіанського пилу, який перешкоджає «збирати» сонячну енергію спеціальними панелями. Але вона була відмінена. Наступна місія Mars 2020 споряджена пристроєм MOXIE для видобутку кисню.
Компанія SpaceX, яка прагне колонізації Марса, має намір у 2022 році відправити туди свій Космічний корабель BFR з метою підтвердження наявності достатньої кількості водних ресурсів. Вода їм необхідна для отримання водню in situ для початкової реакції Сабатьє. SpaceX планує видобувати її із водяного льоду, що знаходиться на деякій глибині під поверхнею ґрунту.
Для колонізації планет чи їх природних супутників будуть потрібні місцеві будівельні матеріали, наприклад, такі, як реголіт. Дослідження, що проводилися над сумішшю штучного марсіанського ґрунту, епоксидної смоли та тетраетил ортосилікату, показали досить високі параметри міцності, стійкості та гнучкості матеріалу, що був отриманий.
Будівництво підземних споруд можливо здійснювати із базальта, оскільки він має гарні термоізоляційні властивості. На певній глибині під поверхнею живі організми будуть захищені від радіації.
Завдяки вищезазначеним реакціям на Марсі можна виробляти пластмаси. Наприклад, спочатку отримати етилен C2H4 (каталізатор — залізо):
- ,
а з нього — поліетилен та поліпропілен.
Місяць
Уже давно існує припущення, що фотоелектричні комірки, а з них і сонячні панелі, можна виготовляти безпосередньо на Місяці, позаяк у його ґрунті у достатній кількості наявні кремній та алюміній. Природний вакуум на поверхні Місяця забезпечить відмінні умови для виробництва. Створені таким чином панелі можуть використовуватися не лише на місячній поверхні, а й на його орбіті. Також можливе відправлення таких панелей на навколоземну орбіту та застосування їх у складі Орбітальної енергетичної системи. Вона може слугувати альтернативним джерелом сонячної енергії, накопичуючи та відправляючи її на Землю у вигляді мікрохвильового променю.
Однією із методик обробки місячної сировини є використання фтору, що доставляється із Землі у вигляді флуориду калію. Із місячного анортиту можна виплавляти алюміній, кальцій, кисень. Також анортит підходить для виробництва скла (кварцове і скловолокно) та кераміки. У лабораторіях вже пройшли успішні тести з використанням симуляторів місячного ґрунту. Скло, зроблене на Місяці чи Марсі буде мати кращі оптичні характеристики, ніж отримане на Землі, оскільки виробництво було безводним.
Для видобутку кисню на Місяці було запропоновано понад двадцять різних методів. Він часто зустрічається у багатих залізом місячних мінералах, наприклад, у вигляді оксиду заліза. O2 може бути екстрагований шляхом нагрівання матеріалу до температури вище 900°С із додаванням водню:
Цей метод тим паче став актуальним після відкриття космічним апаратом Клементина на полюсах Місяця реголіту, що містить достатньо водню. Реголіт, після деякої обробки, також може бути використаний як будівельний матеріал.
Примітки
- Sanders, Gerald B.; Larson, William E. (4 січня 2011). . Advances in Space Research (1): 20—29. Архів оригіналу за 18 лютого 2019. Процитовано 6 травня 2018.(англ.)
- Mike Wall (1 серпня 2014). . space.com. Архів оригіналу за 23 квітня 2021. Процитовано 26 квітня 2018.(англ.)
- Zubrin, Robert M.; Muscatello, Berggren (15 грудня 2012). Інтегрована система виробництва палива in situ на Марсі. Journal of Aerospace Engineering. 26: 43—56. ISSN 1943-5525.(англ.)
- Landis, G. A.; Jenkins, P.; Scheiman, D. and Baraona, C. «MATE and DART: набір інструментів для сонячної енергетики та мінімізації впливу марсіанського пилу (pdf) [ 30 серпня 2021 у Wayback Machine.]», Концепція дослідження Марса. 18-20 липня, 2000. Houston, Texas.
- . SpaceX. 29 вересня 2017. Архів оригіналу за 23 червня 2020. Процитовано 26 квітня 2018.(англ.)
- Mukbaniani, O. V.; Aneli, J. N.; Markarashvili, E. G.; Tarasashvili, M. V.; Aleksidze, D. (квітень 2016). . International Journal of Astrobiology. 15 (02): 155—160. Архів оригіналу за 19 квітня 2016. Процитовано 1 квітня 2018.(англ.)
- . marssociety.org. Архів оригіналу за 14 травня 2016. Процитовано 3 травня 2018.(англ.)
- Curreri, Peter; Ethridge, E.C.; Hudson, S.B.; Miller, T.Y.; Grugel, R.N.; Sen, S.; Sadoway, Donald R. (серпень 2006). (PDF). MSFC Independent Research and Development Project (No. 5–81), 2. Архів оригіналу (PDF) за 7 травня 2017. Процитовано 1 травня 2018.(англ.)
- . NASA. Архів оригіналу за 6 грудня 2006. Процитовано 3 травня 2018.
- Tucker, Dennis S.; Ethridge, Edwin C. (11 травня 1998). (PDF). Конференція щодо інженерії та будівництва, 26–30 квітня 1998. Альбукерке. Архів оригіналу (PDF) за 18 вересня 2000.(англ.)
Див. також
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Vikoristannya resursiv in situ In situ z lat na misci u doslidzhenni kosmosu viznachayetsya yak zbirannya obrobka zberigannya ta vikoristannya materialiv sho zustrichayutsya protyagom kosmichnih doslidzhen Vnaslidok cogo znikaye neobhidnist dostavlyati yih iz Zemli Taki resursi mozhut zastosovuvatisya dlya sistemi pidtrimki zhittyediyalnosti vigotovlennya raketnogo paliva materialiv budivnictva energiyi dlya kosmichnih aparativ Ustanovka NASA dlya otrimannya vodi iz CO2 i H2 Narazi yedinim metodom BPIS ye vikoristannya sonyachnoyi energiyi shlyahom zastosuvannya fotovoltayiki Inshi pid chas kosmichnih misij ne zastosovuvali hocha bulo provedeno kilka viprobuvan MarsZovnishni videofajli Ustanovka dlya vidobuvannya kisnyu iz gruntu na YouTube Doslidzhennya vikoristannya resursiv in situ na Marsi pov yazani nasampered iz mozhlivistyu virobnictva tam elementiv paliva a same metanu palne ta kisnyu okisnik Voni neobhidni dlya roboti bezposeredno na misci ale v osnovnomu dlya povernennya na Zemlyu kosmichnih aparativ Ostanni mozhut buti bezpilotnimi i mistiti zibrani na Marsi zrazki dosliditi yaki mozhna lishe na Zemli abo pilotovanimi Osnovnim sposobom ye vikoristannya reakciyi Sabatye za pidvishenih temperaturi 300 400 C ta tisku iz nikel katalizatorom CO2 4H2 CH4 2H2O displaystyle ce CO2 4H2 gt CH4 2H2O H 165 0 kDzh mol Dioksid vuglecyu otrimanij iz atmosferi Marsa reaguye iz nevelikoyu kilkistyu vodnyu privezenogo iz Zemli V rezultati otrimuyetsya metan palne ta voda Provedennya elektrolizu vodi daye zmogu otrimati kisen okisnik ta voden yakij mozhna vikoristovuvati yak palne a takozh dlya reakciyi Sabatye 2H2O 2H2 O2 displaystyle ce 2H2O gt 2H2 O2 Kisen takozh mozhna otrimati iz nastupnoyi reakciyi 2CO2 2CO O2 displaystyle ce 2CO2 gt 2CO O2 Otrimani gazi dlya paliva pered vikoristannyam abo zberigannyam neobhidno zridzhuvati U 2011 roci NASA zdijsnyuvalo pererobku shtuchnoyi marsianskoyi atmosferi na eksperimentalnij ustanovci masoyu 50 kg ta potuzhnistyu 700 Vt Ustanovka pracyuvala protyagom p yati dniv viroblyayuchi 1 kg den CH4 O2 iz chistotoyu metanu 98 Planuvalosya sho dlya otrimannya 1 t paliva neobhidno vikoristati 17 MVt god energiyi Programa NASA Mars Surveyor 2001 povinna bula prodemonstruvati virobnictvo kisnyu iz atmosferi Marsa ta metodi zmenshennya vplivu atmosfernogo marsianskogo pilu yakij pereshkodzhaye zbirati sonyachnu energiyu specialnimi panelyami Ale vona bula vidminena Nastupna misiya Mars 2020 sporyadzhena pristroyem MOXIE dlya vidobutku kisnyu Kompaniya SpaceX yaka pragne kolonizaciyi Marsa maye namir u 2022 roci vidpraviti tudi svij Kosmichnij korabel BFR z metoyu pidtverdzhennya nayavnosti dostatnoyi kilkosti vodnih resursiv Voda yim neobhidna dlya otrimannya vodnyu in situ dlya pochatkovoyi reakciyi Sabatye SpaceX planuye vidobuvati yiyi iz vodyanogo lodu sho znahoditsya na deyakij glibini pid poverhneyu gruntu Dlya kolonizaciyi planet chi yih prirodnih suputnikiv budut potribni miscevi budivelni materiali napriklad taki yak regolit Doslidzhennya sho provodilisya nad sumishshyu shtuchnogo marsianskogo gruntu epoksidnoyi smoli ta tetraetil ortosilikatu pokazali dosit visoki parametri micnosti stijkosti ta gnuchkosti materialu sho buv otrimanij Budivnictvo pidzemnih sporud mozhlivo zdijsnyuvati iz bazalta oskilki vin maye garni termoizolyacijni vlastivosti Na pevnij glibini pid poverhneyu zhivi organizmi budut zahisheni vid radiaciyi Zavdyaki vishezaznachenim reakciyam na Marsi mozhna viroblyati plastmasi Napriklad spochatku otrimati etilen C2H4 katalizator zalizo 2CO 4H2 C2H4 2H2O displaystyle ce 2CO 4H2 gt C2H4 2H2O a z nogo polietilen ta polipropilen MisyacUzhe davno isnuye pripushennya sho fotoelektrichni komirki a z nih i sonyachni paneli mozhna vigotovlyati bezposeredno na Misyaci pozayak u jogo grunti u dostatnij kilkosti nayavni kremnij ta alyuminij Prirodnij vakuum na poverhni Misyacya zabezpechit vidminni umovi dlya virobnictva Stvoreni takim chinom paneli mozhut vikoristovuvatisya ne lishe na misyachnij poverhni a j na jogo orbiti Takozh mozhlive vidpravlennya takih panelej na navkolozemnu orbitu ta zastosuvannya yih u skladi Orbitalnoyi energetichnoyi sistemi Vona mozhe sluguvati alternativnim dzherelom sonyachnoyi energiyi nakopichuyuchi ta vidpravlyayuchi yiyi na Zemlyu u viglyadi mikrohvilovogo promenyu Odniyeyu iz metodik obrobki misyachnoyi sirovini ye vikoristannya ftoru sho dostavlyayetsya iz Zemli u viglyadi fluoridu kaliyu Iz misyachnogo anortitu mozhna viplavlyati alyuminij kalcij kisen Takozh anortit pidhodit dlya virobnictva skla kvarcove i sklovolokno ta keramiki U laboratoriyah vzhe projshli uspishni testi z vikoristannyam simulyatoriv misyachnogo gruntu Sklo zroblene na Misyaci chi Marsi bude mati krashi optichni harakteristiki nizh otrimane na Zemli oskilki virobnictvo bulo bezvodnim Dlya vidobutku kisnyu na Misyaci bulo zaproponovano ponad dvadcyat riznih metodiv Vin chasto zustrichayetsya u bagatih zalizom misyachnih mineralah napriklad u viglyadi oksidu zaliza O2 mozhe buti ekstragovanij shlyahom nagrivannya materialu do temperaturi vishe 900 S iz dodavannyam vodnyu FeO H2 Fe H2O displaystyle ce FeO H2 gt Fe H2O Cej metod tim pache stav aktualnim pislya vidkrittya kosmichnim aparatom Klementina na polyusah Misyacya regolitu sho mistit dostatno vodnyu Regolit pislya deyakoyi obrobki takozh mozhe buti vikoristanij yak budivelnij material PrimitkiSanders Gerald B Larson William E 4 sichnya 2011 Advances in Space Research 1 20 29 Arhiv originalu za 18 lyutogo 2019 Procitovano 6 travnya 2018 angl Mike Wall 1 serpnya 2014 space com Arhiv originalu za 23 kvitnya 2021 Procitovano 26 kvitnya 2018 angl Zubrin Robert M Muscatello Berggren 15 grudnya 2012 Integrovana sistema virobnictva paliva in situ na Marsi Journal of Aerospace Engineering 26 43 56 ISSN 1943 5525 angl Landis G A Jenkins P Scheiman D and Baraona C MATE and DART nabir instrumentiv dlya sonyachnoyi energetiki ta minimizaciyi vplivu marsianskogo pilu pdf 30 serpnya 2021 u Wayback Machine Koncepciya doslidzhennya Marsa 18 20 lipnya 2000 Houston Texas SpaceX 29 veresnya 2017 Arhiv originalu za 23 chervnya 2020 Procitovano 26 kvitnya 2018 angl Mukbaniani O V Aneli J N Markarashvili E G Tarasashvili M V Aleksidze D kviten 2016 International Journal of Astrobiology 15 02 155 160 Arhiv originalu za 19 kvitnya 2016 Procitovano 1 kvitnya 2018 angl marssociety org Arhiv originalu za 14 travnya 2016 Procitovano 3 travnya 2018 angl Curreri Peter Ethridge E C Hudson S B Miller T Y Grugel R N Sen S Sadoway Donald R serpen 2006 PDF MSFC Independent Research and Development Project No 5 81 2 Arhiv originalu PDF za 7 travnya 2017 Procitovano 1 travnya 2018 angl NASA Arhiv originalu za 6 grudnya 2006 Procitovano 3 travnya 2018 Tucker Dennis S Ethridge Edwin C 11 travnya 1998 PDF Konferenciya shodo inzheneriyi ta budivnictva 26 30 kvitnya 1998 Albukerke Arhiv originalu PDF za 18 veresnya 2000 angl Div takozhKolonizaciya kosmosu Girnichopromislove osvoyennya asteroyidiv Kosmichna zapravka Dzherard O Nill Kosmichne poselennya