НАСА испытало роторный экскаватор для Марса

Испытания марсианского экскаватора RASSOR 2.0 в Космическом центре им. Кеннеди. Фото: NASA/Dimitri Gerondidakis

В рамках подготовки к программе заселения Марса продолжаются испытания роботов, которые наверняка понадобятся первым колонистам. В частности, инженеры и учёные сейчас проверяют работоспособность аппаратов для добычи и переработки местных ресурсов. В этой области есть три основных направления:

1. переработка отходов;
2. добыча ресурсов из марсианского реголита и атмосферы;
3. выращивание растений на марсианской почве.

Люди на Марсе не смогут получать с Земли все необходимые ресурсы для выживания и развития колонии. Даже если Илон Маск реализует свой фантастический план — запустит многоразовые транспортные корабли и снизит стоимость доставки грузов до $140 000 за тонну — всё равно некоторые ресурсы придётся добывать на Марсе, другого выхода нет. Производство 1 килограмма топлива на Марсе экономит 250 килограммов на грузовом корабле с Земли, по расчётам НАСА. Доставка грузов на Марс занимает от шести до девяти месяцев. Даже план Маска предусматривает добычу топлива на Марсе для заправки транспортного корабля перед возвращением на Землю.

Варианты марсианского топлива для многоразового транспортного корабля. Слайд из презентации Илона Маска

Процесс производства топлива на Марсе. Слайд из презентации Илона Маска

Кроме топлива, колонистам понадобятся и другие ресурсы. Например, нужны материалы для строительства домов и служебных помещений.

Основной источник полезных ресурсов на Марсе — реголит, остаточный грунт, являющийся продуктом выветривания породы, которым повсеместно покрыта поверхность планеты.

Состав марсианского реголита

Состав грунта отличается в разных местах. Основная составляющая — кремнезём (20-25%), содержащий примесь гидратов оксидов железа (до 15%), придающих почве красноватый цвет. Имеются значительные примеси соединений серы, кальция, алюминия, магния, натрия (единицы процентов для каждого). Концентрация водяного льда в грунте — до 2% по весу.

Марсоход «Кьюриосити» у марсианской дюны Namib берёт образцы реголита для анализа 19 января 2016 года. Фото: NASA/Jet Propulsion Laboratory-Caltech

Таким образом, в марсианском реголите есть много материалов, полезных для колонии. Вопрос в том, как их добывать. Специалисты НАСА принимают в учёт, что роботам придётся работать в неблагоприятных условиях окружающей среды. Температура около полюсов опускается до -125°C, а возле марсианского экватора летним днём может подняться до вполне комфортных для человека +21°C. Атмосфера Марса примерно на 95% состоит из углекислого газа.

Очень важно посадить корабль в подходящем месте, где точно присутствует водяной лёд в грунте. Чтобы получить такую уверенность, требуется провести предварительную разведку местности. НАСА планирует осуществить удалённое сканирование почвы с орбиты. Орбитальная станция для разведки по набору инструментов будет похожа на Mars Reconnaissance Orbiter — многофункциональную межпланетную станцию НАСА, которая начала работу на орбите Марса в ноябре 2006 года и занимается, в том числе, поисками воды на поверхности.

После получения разведданных от орбитального аппарата в район предполагаемого строительства базы отправят марсоходы-разведчики для взятия проб грунта и окончательного подтверждения, что реголит подходит для добычи полезных ресурсов.

Подготовка к добыче ресурсов на Марсе будет осуществляться в рамках лунной миссии Resource Prospector — первой в истории человечества миссии по добыче полезных ископаемых на иных небесных телах, кроме Земли. Предполагается, что эту миссию осуществят в начале 2020-х годов. Робот будет укомплектован инструментами для изучения состава почвы и забора образцов.

Прототип робота Resource Prospector, которого планируют запустить на Луну. Фото: NASA

Робот Resource Prospector берёт образец грунта. Фото: NASA

Добычей и переработкой реголита на Марсе займётся другой аппарат. Сейчас проходит испытания машина под названием RASSOR (Regolith Advanced Surface Systems Operations Robot). Эта машина оснащена множеством маленьких ковшиков с зазубренными краями. Они вращаются, вгрызаясь в марсианский грунт, понемножку захватывая реголит и ссыпая его в ёмкость для сбора. Такая конструкция называется роторный экскаватор — экскаватор непрерывного действия на гусеничном ходовом оборудовании, разрабатывающий грунт с помощью ковшов, укреплённых на роторном колесе.

После сбора реголит проходит термическую обработку в печи с выделением воды, водорода и кислорода. Сырьё можно использовать также для 3D-печати укрытий для поселенцев и других зданий.

Испытания роторного экскаватора в Космическом центре им. Кеннеди показаны на видео.

Выращивание растений

Соотношение pH и некоторые другие параметры марсианских почв близки к земным, и на них теоретически можно выращивать растения. Исследователи считают, что марсианская почва содержит необходимые элементы для поддержания жизни. Уровень кислотности щелочного грунта pH 7,7 довольно часто встречается на Земле и не мешает заниматься растениеводством.

На Земле несколько научных групп сейчас изучают, какие растения лучше всего подходят для выращивания на Марсе. Например, в марте 2016 года биологи из научно-исследовательского центра Вагенингенcкого университета (Нидерланды) завершили второй эксперимент по выращиванию овощей и других растений на почве, моделирующей грунт Марса и Луны. Оказалось, что при добавлении навоза и увлажнении почвы там отлично растут как минимум 10 культур. Учёные собрали урожай помидоров, гороха, ржи, рукколы, редиса, лука-порея, шпината, чеснока, зелёного лука и кресс-салата.

НАСА также проводит эксперименты по выращиванию растений на МКС. Год назад астронавты на МКС попробовали выращенный на станции салат латук, а в январе 2016 года на МКС впервые распустился цветок.

Учёные считают, что на Марсе можно выращивать большое количество культур, в том числе помидоры.

Переработка отходов

Специальная группа НАСА разрабатывает технологию переработки отходов, которые будет оставлять человеческая колония на Марсе. В полезные продукты превратят все виды отходов, в том числе биологические отходы, упаковку и мусор. Например, из них предполагается получать метан.

На фотографии инженер-химик НАСА Энни Караччо демонстрирует детали биологического реактора для переработки мусора в биотопливо на Марсе.

Эксперименты показали, что из килограмма мусора можно получать до 700 граммов метана.

Судя по экспериментам НАСА, человечество близко к тому, чтобы обеспечить марсианской колонии полную независимость от Земли.