كيف ناسا تخطط لإزالة الألغام المعادن على سطح المريخ ؟

في عام 2038. بعد 18 شهرا الذين يعيشون ويعملون على سطح المريخ فريق من الباحثين ستة يجلس مرة أخرى في المركبة الفضائية و عاد إلى الأرض. على هذا الكوكب لم يكن هناك نفسا حية واحدة ، ولكن العمل هنا لم يتوقف للحظة. الروبوتات المستقلة مواصلة استخراج المعادن وتسليمها لتجهيز المصنع من تخليق المواد الكيميائية التي بنيت قبل عدة سنوات على سطح المريخ لأول مرة تطأ قدماه من الرجل. المصنع ينتج من الموارد المحلية الماء والأكسجين وقود الصواريخ ، الروتينية إعداد لوازم الحملة القادمة التي سوف تصل في غضون عامين.

هذا الروبوتية المصنع لا الخيال العلمي. هذا المشروع الذي توظف حاليا عدة العلوم فرق وكالة الفضاء ناسا. واحد منهم ، المستنقع يعمل يعمل في مركز كنيدي للفضاء في فلوريدا. رسميا أنها وضعت الإعداد يسمى "نظام الاستخدام في الموقع الموارد" (ISRU) ، ولكن الناس الذين يعملون على أنه كان من الغبار مصنع لأنها تحتوي على المعتاد الغبار في وقود الصواريخ. هذا النظام سوف يوم واحد تسمح للناس العيش والعمل على المريخ أيضا العودة مرة أخرى إلى الأرض.

لماذا نفعل شيئا لتجميع على سطح المريخ ؟ لماذا لا مجرد إحضار كل ما يلزم من الأشياء من الأرض ؟ المشكلة هي تكلفة هذه المتعة. وفقا لبعض التقديرات ، وتقديم كيلوغرام واحد من الحمولة (مثل الوقود) من الأرض إلى المريخ — وهو إخراج هذا كيلوغرام في مدار منخفض حول الأرض ، إرساله إلى كوكب المريخ ، تباطؤ المركبة الفضائية في مدار كوكب وأخيرا الهبوط الآمن على سطح المطلوب حرق 225 جنيه من وقود الصواريخ. نسبة 225:1 – أن أكثر كفاءة. في حين أن هذه الأرقام هي نموذجية عند استخدام أي من المركبات الفضائية. أن يسلم نفسه طن من الماء والأكسجين أو المعدات التقنية إلى الكوكب الأحمر سوف تكون هناك حاجة لحرق 225 طن من وقود الصواريخ. الطريقة الوحيدة لإنقاذ نفسك من مثل هذه مكلفة الحسابية الخاصة بإنتاج الماء والأكسجين أو الوقود على الفور.

العديد من البحوث و فرق الهندسة في وكالة ناسا تعمل على معالجة مختلف جوانب هذه المشكلة. على سبيل المثال الفريق من مستنقع يعمل في مركز كنيدي للفضاء في الآونة الأخيرة بدأت الجمعية من جميع الوحدات الفردية من نظام التعدين. التثبيت هو النموذج الأولي في وقت مبكر ، ولكن يجمع كل التفاصيل التي من شأنها أن تكون هناك حاجة لتشغيل جمع الغبار من مصنع.

على المدى الطويل خطة ناسا تركز على استعمار المريخ ، ولكن الآن الوكالة ركزت كل طاقته و الاهتمام على القمر. وهكذا تحقق الجزء الأكبر من المعدات المتقدمة سوف تكون الأولى على سطح القمر ، والتي بدورها سوف تساعد على حل جميع المشاكل المحتملة لتجنب لهم في المستقبل عند استخدام التثبيت على سطح المريخ.

الغبار و الأوساخ على الأرض الكونية الجسم يسمى ثرى. عموما نحن نتحدث عن الصخور البركانية التي عبر ملايين السنين تحت تأثير مختلف الظروف الجوية تحولت إلى مسحوق ناعم. على سطح المريخ تحت طبقة من تآكل المعادن من الحديد الذي يعطي الكوكب الشهير محمرا ، يكمن طبقة سميكة من السليكون والأكسجين هياكل مرتبطة مع الحديد والألومنيوم والمغنيسيوم. إنتاج هذه المواد هو مهمة صعبة للغاية ، كما أسهم و تركيز هذه المواد قد تختلف من منطقة من كوكب إلى آخر. للأسف هذه المهمة معقدة بسبب انخفاض خطورة المريخ – حفر في مثل هذه الظروف ، والاستفادة من كتلة أكثر صعوبة بكثير. على الأرض التعدين نحن عادة استخدام آلات كبيرة. الحجم و الوزن تسمح لك أن تبذل ما يكفي من الجهد من أجل "لدغة" في الأرض. تأخذ على المريخ مثل هذا الترف على الاطلاق لا يغتفر. تذكر مشكلة التكلفة ؟ كل غرام إرسالها إلى المريخ ، سعر إطلاق سوف تستمر في النمو. ولذلك ناسا يعمل على طريقة لجعل استخراج المعادن على الكوكب الأحمر باستخدام معدات خفيفة الوزن.

مساحة حفارة. وكالة ناسا على تطوير الروبوتية حفارة مع دلوين عكس طبل الدورية في مقابل بعضها البعض الاتجاه. هذا النهج سوف يسمح للجهاز بالعمل في الجاذبية المنخفضة البيئات والقضاء على الحاجة إلى بذل المزيد من الجهد

تلبية RASSOR (ثرى المتقدمة سطح وعمليات أنظمة روبوت) مستقلة كاسب ، مصممة مع هدف واحد – حفر ثرى في الجاذبية المنخفضة. عند وضع RASSOR (وضوحا "الحلاقة" — من الإنجليزية "شفرة") مهندسو ناسا أولت اهتماما خاصا من المحركات. هذا الأخير يتكون من المحركات وعلب التروس وغيرها من الآليات التي تشكل الجزء الأكبر من الإعداد الكامل. هنا نستخدم فرملس موتورز ، الكهرومغناطيسي والفرامل ، وكذلك ، من بين أمور أخرى, 3D المطبوعة حالة التيتانيوم – كل ذلك من أجل تقليل الوزن الإجمالي وحجم التصميم. ونتيجة لذلك ، فإن النظام لديه حوالي نصف وزن أقل من غيرها من محركات الأقراص مع مواصفات مماثلة.

من أجل حفر RASSOR يستخدم اثنين من المعارضة طبل من دلو ، كل منها يحتوي على عدة أسنان تجتاح المواد. عندما تتحرك وحدة طبل دلاء تدوير. محركات الأقراص التي لديكعقد لأسفل طبول جوفاء في الداخل ، حرفيا قطع الطبقة العليا من سطح ثرى. وبعبارة أخرى ، فإن المعالج مقتطفات فقط الطبقة العليا من المواد بدلا من حفر أعمق. سمة رئيسية أخرى هي RASSOR الملاكم تصميم – الطبول تدور في اتجاهات مختلفة. هذا لا يسمح استخدام جهود كبيرة من عينات التربة في الجاذبية المنخفضة.

في أقرب وقت بكرات مليئة RASSOR, الروبوت توقف جمع نحو محطة المعالجة. للاضطلاع ثرى آلة ببساطة تدور بكرات في الاتجاه المعاكس ، المواد يسقط من خلال ثقوب في الطبول التي تم إنتاجها من خلال مجموعته. وجود مصنع الخاصة بها الذراع الروبوتية-رفع تسليمها إلى ثرى يجمع ويرسله إلى للتمهيد الشريط المصنع ، والتي بدورها توفر المواد في فراغ فرن. هناك ثرى الحارة تصل إلى درجات حرارة عالية. الواردة في المواد جزيئات الماء سوف يكون في مهب الجافة مع دائري ثم لتجميع باستخدام التبريد الحرارة.

قد يتساءل: "هل المريخ ثرى كان في البداية لا تجف؟". الجاف ، ولكن ليس في كل مكان. كل هذا يتوقف على مدى عمق كنت حفر. في بعض المناطق من هذا الكوكب فقط بضع بوصات تحت السطح هناك طبقات كاملة من جليد الماء. لا يزال أدناه يمكن أن تكون كبريتات الجير والحجر الرملي ، والتي قد تحتوي على ما يصل إلى نحو 8 في المئة من المياه من الوزن الكلي مجموعة.

بعد التكثيف من قضى ثرى هو طرد مرة أخرى إلى السطح ، حيث RASSOR يمكن التقاط والحصول على المزيد من بعيد من المصنع. هذه "النفايات" في الواقع تمثل مادة قيمة جدا بسبب ذلك مع مساعدة من تقنيات الطباعة 3D ، والتي هي حاليا أيضا تطوير في وكالة ناسا ، يمكنك إنشاء هياكل لحماية المستوطنات والطرق مواقع الهبوط.

الرسم البياني التعدين على سطح المريخ في الصور:

التنمية: عجلة تنتج عينة من ثرى الدورية دلو zaboroneni الثقوب

النقل: الدورية مرة أخرى الدلاء-الطبول تفريغ في ثرى الذراع الروبوتية مصنع

إعادة التدوير: استخراج الماء من ثرى تسخينها في الفرن ، حيث الكهربائي من الهيدروجين والأكسجين

نقل: بعد تلقي حجم معين من مادة أخرى الذراع الروبوتية, مجهزة خاصة واقية نظام مغلق, التحميل على الجوال الروبوتية الناقلة

الشحن: ناقلة توفر الماء والأوكسجين وغاز الميثان إلى المسكن من الناس و ارميها في خزانات تخزين على المدى الطويل

استخدام التخزين: فإن رواد الفضاء استخدام ماء الأكسجين للتنفس و أيضا زراعة النباتات ؛ الوقود سيتم تخزين السوائل المبردة لاستخدامها في المستقبل

كل المياه التي سيتم استخراجها من ثرى سيخضع تنظيف شامل. تنظيف وحدة تتكون من المراحل تصفية النظام ، فضلا عن العديد من deionizers ركائز.

السائل سيتم استخدامها ليس فقط للشرب. وسوف تصبح عنصرا رئيسيا في إنتاج وقود الصواريخ. تقسيم جزيئات H2O من خلال التحليل الكهربائي إلى جزيئات الهيدروجين (H2) والأكسجين (O2) ثم الضغط إلى سائل ، سيكون من الممكن لتجميع الوقود والمؤكسد ، والتي غالبا ما تستخدم في السائل محركات الصواريخ.

الصعوبة تكمن في حقيقة أن الهيدروجين السائل يجب أن يتم تخزينها في درجات حرارة منخفضة للغاية. للقيام بذلك, ناسا يريد تحويل الهيدروجين في الوقود ، والذي من شأنه أن يكون أفضل طريقة لتخزين غاز الميثان (CH4). هذه المادة يمكن الحصول على الهيدروجين و الكربون. أين يمكن الحصول على الكربون على سطح المريخ ؟

لحسن الحظ ، على الكوكب الأحمر كثيرا. الغلاف الجوي للمريخ هو 96 في المئة من ثاني أكسيد الكربون الجزيئات. التقاط الكربون هذه المشكلة خاصة المجمدات. يتحدث في كلمات بسيطة, وسوف تخلق من العدم الثلج الجاف.

وقد تم من خلال التحليل الكهربائي الهيدروجين وإنتاج الكربون الغاز من الغلاف الجوي من خلال عملية كيميائية — ساباتتيه رد فعل — أنها يمكن أن تكون مرتبطة في الميثان. للقيام بذلك, وكالة ناسا على تطوير مفاعل خاصة. فإنه سيتم إنشاء ما يلزم من الضغط و درجة الحرارة للحفاظ على تحويل رد فعل من الهيدروجين و ثاني أكسيد الكربون إلى غاز الميثان والماء كما من قبل المنتج.

تفاصيل أخرى مثيرة للاهتمام من مصنع المعالجة هو embolicescie الذراع الروبوتية لنقل السائل إلى الخزان المحمول ناقلة. هو غير عادي في هذا النظام هو أنه هو حماية خاصة من البيئة الخارجية وعلى وجه الخصوص الغبار. Regality الغبار هو جيد جدا و يمكن أن تخترق في كل مكان تقريبا. منذ ثرى يتكون من كسر الصخور البركانية ، الكاشطة (حرفيا يتمسك كل شيء) التي يمكن أن تخلق مشاكل خطيرة على تشغيل المعدات. القمري بعثة ناسا في الماضي أظهرت مدى خطورة هذه المادة. فإنه يمكن أن يخل مؤشرات الإلكترونيات أدى إلى التشويش على آليات تصبح قضية الفشل في درجة الحرارة تحكم. الحماية الكهربائية و سائل نقل القنوات من الذراع الروبوتية ، مثل أي حساس جدا الإلكترونيات هو للعلماء واحدة من أعلى الأولويات.

البرمجة umbilically الأسلحة الروبوتية للاتصال المحمولناقلة. مناور يستخدم لتعبئة صهاريج الوقود السائل أو الماء والأكسجين

على كل جانب ombilicale الكاميرا المثبتة على الذراع الروبوتية هي الأبواب التي تكون بمثابة الهواء أقفال أن يحمي جميع القنوات الداخلية من الغبار. لتوصيل الكاميرا مع آلية ناقلة هو اتباع ثلاث خطوات: أولا ، بعد ملء الغرفة مطلوب بشكل آمن أغلق الباب من الجانبين لخلق واقية من الغبار واقية من الحاجز. ثانيا ، في كل من الأبواب embolicescie الكاميرا تحتاج إلى فتح ختم صغير الفتحات التي من خلالها سيتم توفير الوصول إلى قنوات نقل الموارد المثبتة على تحريك لوحة. الثالث, تريد توحيد الموقف من قنوات البث umbilically غرف قنوات استقبال المواد آلية ناقلة فقط اتصال على حد سواء الكهربائية موصلات السوائل.

الذراع الروبوتية toplivoprovoda المصنع سوف embolicescie وضع الكاميرا على الهاتف المحمول الروبوتية ناقلة ، ومن ثم تفريغ المواد المصنعة. نظام التعبئة في هذه الحالة سيكون يشبه محطة وقود على الأرض, ولكن في البنزين ، فإنه سيتم ضخ المياه. أو الأكسجين السائل. أو الميثان السائل. أو كل ذلك معا في وقت واحد.

في الآونة الأخيرة ، المهندسين تشارك في تطوير هذا المشروع ، أجري اختبار مظاهرة التثبيت في ولاية فلوريدا. في هذه المرحلة العلماء إلى اللجوء إلى محاكاة عمليات التحليل الكهربائي والفرن للحد من تكلفة وتعقيد التركيب. وبالإضافة إلى ذلك ، تم إجراء محاكاة مع الماء ثلاث المنتجات. ولكن في هذه الحالة استخدمنا نماذج الأجهزة والبرامج على جميع أجزاء التركيب.

الجمع بين جميع أجزاء معا ، المستنقع يعمل المهندسين تمكنوا من تحديد وجود العديد من المشاكل في تصميم وتحديد بعض التفاصيل الهامة التي سيكون من المستحيل تحديد ما إذا كانت هذه الاختبارات أجريت بالفعل في المراحل الأخيرة من التطور والتكامل. وفقا للمطورين ، النماذج الأولية السريعة و الاندماج المبكر هو مميز من الفريق. هذا يسمح لك العثور بسرعة على كفاءة فكرة معينة ، وتحديد كل العيوب في مرحلة مبكرة.

جوهر المريخ صواريخ الوقود المصنع هو أن كل هذه المعدات سوف تكون معبأة في مجموعة صغيرة مريحة مربع تسليمها إلى الكوكب الأحمر ، ثم انتقل فك والبدء في أداء مهامه قبل فترة طويلة من المريخ سيصل أول الناس. تطوير البعثات المأهولة إلى المريخ سوف تعتمد على فعالية هذا الحكم المصنع. لأنه بدون ذلك الناس سوف لا تكون قادرة على العودة إلى الأرض بعد ساعته. وبالإضافة إلى ذلك, "ناسا" أيضا فريق العمل الذين يشاركون في زراعة جميع أنواع المواد الغذائية (بما في ذلك البطاطا). المحصول الجديد خطة النمو مرة أخرى مستقلة الأسلوب أثناء إرسال الناس إلى المريخ في رحلة العودة إلى الأرض ، لذلك الناس ينتظرون دائما الطازجة الحصاد.

في عام المشروع هو حقا ضخمة يتطلب إعداد دقيق.

ناسا لديها مخزون كبير من الخبرة الذاتية روفرز و الهبوط وحدات على سطح المريخ. على سبيل المثال, أحدث المريخ روفر "الفضول" هبطت على الكوكب الأحمر في عام 2012 ، "مارس 2020" ، والتي سوف تذهب مرة أخرى في عام 2020 – تمتلك وسوف تمتلك درجة عالية من الحكم الذاتي. ومع ذلك ، فإن إنشاء وإنجاز استخدام المريخ صواريخ الوقود المصنع على المدى الطويل مع أعلى مستوى من الحكم الذاتي يتطلب استخدام مثل هذه التقنيات التي سوف تتخذ الهندسة الفضائية إلى مستوى جديد كليا.

اختبار الروبوت حفارة ناسا يستخدم منطقة مغلقة ، غطت أكثر من مائة طن من تجزئة الصخور البركانية. المعادن بمثابة التماثلية من أصغر جلخ المريخ الغبار

بداية استعمار الفضاء والعلماء والمهندسين سوف تضطر إلى حل العديد من المشاكل التقنية. على سبيل المثال ، من المهم جدا تحديد ما إذا كان كل نظام فرعي وضع التثبيت لاستخراج الطبيعية المريخ الموارد على نطاق واسع. وقالت انها سوف تكون قادرة على تلبية جميع احتياجات وتحقيق مستوى من عرض النطاق الترددي التي سوف تكون مطلوبة في إطار بعثة مأهولة إلى الكوكب الأحمر.

ووفقا الحسابات الأخيرة من خبراء ناسا أن هذا النظام حوالي 16 شهرا سوف تنتج حوالي 7 طن من غاز الميثان السائل حوالي 22 طن من الهيدروجين السائل. : على هذا الاساس لتحقيق أقصى قدر من التأثير من الضروري الدقة في تحديد أنسب مواقع لنشر مصنع جمع وإعادة تدوير الموارد. وبالإضافة إلى ذلك, كنت بحاجة إلى حساب مقدار RASSOR حفارة مطلوب أن يسلم إلى المريخ ، كم ساعة في اليوم وسوف تحتاج إلى العمل للوصول إلى المطلوب خطة الإنتاج. في نهاية المطاف تحتاج إلى فهم كيف كبيرة ينبغي أن الثلاجة يكون الكربون ، ساباتتيه المفاعل وكم كل الاشياء التي سوف تستهلك الطاقة.

أيضا ، يحتاج العلماء إلى توقع إمكانية مشاكل غير متوقعة التي قد تتداخل مع استخراج وتجهيز الموارد ، ويحتمل أن تأخير إرسال المقبل رحلة إلى الكوكب الأحمر. من الضروري تقييم جميع المخاطر المحتملة المرتبطة مع هذه المشاكل وتطوير الصحيح عن حلول سريعة لهم ، وربما تجهيز نظام مع عناصر زائدةعن بديل مؤقت من فشل المعدات.

يجب التأكد من أن التكنولوجيا الروبوتية سوف تكون قادرة على دعم الأنشطة التشغيلية والصيانة المطلوبة لعدة سنوات حتى تطويرها بما يتفق تماما مع المعايير المعمول بها. على سبيل المثال ، تحتاج إلى تقليل حجم استخدام أجزاء متحركة. وبالتالي فإنه سوف يكون من الممكن الحد من تأثير regality من الغبار على كفاءة النظام بأكمله. إذا نحن نقترب المسألة من الجانب الآخر والبدء في تصميم أجزاء متحركة مع ارتفاع مقاومة الغبار, ثم هذا لن يؤدي إلا إلى تعقيد النظام كله ، ولكن أيضا يضيف لها وزن ، ، كما سبق ذكره ، فإن قيمة الذهب.

العلماء أيضا إلى معرفة كيف و في ما نسب صغيرة من الصعب ثرى مختلطة مع الجليد تحت سطح المريخ. وسوف تساعد هذه البيانات على نحو أكثر فعالية إعداد حفارة استخراج الموارد. على سبيل المثال في النسخة الحالية من دلو RASSOR هو الأكثر ملاءمة لجمع ثرى مختلطة مع كتلة الجليد. إلا أن هذا التصميم هو أقل فعالية عندما تحتاج إلى "لدغة" في أكبر طبقات من الجليد الصلب. من أجل تطوير أكثر ملاءمة المعدات اللازمة للحصول على صورة دقيقة عن توزيع الجليد في مارس. وثمة خيار آخر هو وضع أقوى وأكثر تعقيدا ، أثقل وأكثر تنوعا المعدات التي يمكن أن تعمل مع أي نوع من التربة وكثافة طبقات الجليد. ولكن مرة أخرى, انها مضيعة للوقت.

لا تزال بحاجة إلى حل القضايا المرتبطة التخزين الطويل sverhkrupnyh السوائل. تكنولوجيا تخزين المواد و المواد تحت ضغط عال تتحسن باستمرار ، ولكن يمكن أن التكنولوجيا الحديثة للعمل على سطح المريخ لفترة طويلة من الوقت ؟

في عام ، في السنوات القادمة علماء وكالة ناسا سوف تعالج كل هذه القضايا. المستنقع يعمل المهندسين بدوره سوف تستمر في تحسين كفاءة وجاهزية تطوير جميع مكونات النظام. حفارات خطة لجعل واحدة من أكثر قوية وخفيفة. بعد هذا ومن المقرر أن تبدأ محاكمتهم في مصطنع و أقرب إلى ظروف المريخ. العلماء أيضا ترغب في تحسين جودة وكفاءة من الفرن ، التحليل الكهربائي النظام ، ووضع قابلة نموذج ساباتتيه المفاعل التبريد منشآت إنتاج الكربون. المطورين واثقون من أن حل هذه وغيرها الكثير من المهام التي من شأنها أن تؤدي إلى حقيقة أن pilsbury النموذج سوف يتوقف عن أن يكون النموذج في نهاية المطاف سوف تفعل العمل الحقيقي على سطح المريخ ، وتوفير مستقبل المستعمرين من قبل جميع الضرورية للحياة الموارد.

لمناقشة وضع المريخ حفارات resursosberezheniya المصنع .