Как мы будем жить на Марсе

Проблема кислорода

Теперь займемся проблемой кислорода. Если в вашем скафандре закончится кислород, то вы (не считая азота) начнете вдыхать тот же углекислый газ, который выдыхаете, – пока не потеряете сознание. А там недалеко и до гибели. Человек не может долго дышать воздухом, в котором более 5 % двуокиси углерода, отчасти потому, что у нас есть такой защитный механизм – от избытка углекислого газа мы теряем сознание.

С этой точки зрения Марс кажется весьма негостеприимным местом – ведь в его атмосфере почти совсем нет кислорода. “Воздух” Марса, по данным марсохода “Кьюриосити”, полученным в 2012 году, содержит примерно 2 % азота, 2 % аргона, 95 % углекислого газа и ничтожные количества угарного газа (СО) и кислорода. Показатели слегка варьируются в зависимости от времени года, поскольку в зимние месяцы часть газов на полюсах замерзает, а весной снова испаряется. Однако, хотя свободного кислорода в атмосфере планеты меньше одного процента, на самом деле на Марсе полно кислорода. Дело в том, что углекислый газ (CO₂) по атомной массе на 28 % состоит из углерода и на 72 % из кислорода. И если атмосфера Марса на 95 % состоит из CO₂, значит, не меньше 70 % общей массы марсианского “воздуха” составляет кислород. И хотя плотность атмосферы Марса достигает лишь 1 % от плотности земной атмосферы, это все равно немало.

В воде, которую первые поселенцы будут добывать на Марсе, кислорода еще больше – он составляет примерно 89 % от массы воды. А земляне уже давно научились с помощью простой технологии, которая называется электролиз, расщеплять молекулы воды и получать кислород. Для этого нужно всего лишь опустить два электрода в сосуд с водой, пропустить через воду электрический ток и… вуаля! Кислород можно собирать на одном конце резервуара, у анода, а водород – на другом, у катода. Практически каждому школьнику приходилось выполнять на лабораторной работе по химии эксперимент с электролизом.

Кстати, водород – это отличное топливо и превосходный источник энергии, поэтому у этого процесса есть и дополнительные преимущества: водород и кислород, разделенные, а затем смешанные определенным образом, превращаются в идеальное ракетное топливо. Проблема же, с которой придется столкнуться первым колонистам на Марсе при использовании электролиза, только одна, зато ее крайне сложно решить – эта технология требует огромного количества электроэнергии.

К счастью, в NASA уже предложили решение. На борту марсохода, который полетит на Марс в 2020 году (этот зонд станет преемником “Кьюриосити”), будет топливный элемент, способный разделять углекислый газ, взятый из атмосферы Марса, на кислород и угарный газ.

Эта технология называется МОКСИ (.MOXIE, Mars Oxygen In-situ Resources Utilization Experiment) – эксперимент по утилизации местных ресурсов Марса с целью производства кислорода. В основе устройства – также принцип электролиза, но при этом используется жаропрочная электропроводная керамика, и процесс происходит непосредственно в марсианской атмосфере. “Пропущенный по керамике заряд избирательно отделяет ионы кислорода, которые при помощи катализатора собираются на поверхности”, – рассказывает доктор Майкл Хект, ведущий разработчик МОКСИ и заместитель директора по науке Хайстекской обсерватории Массачусетского технологического института. NASA этот проект нужен в первую очередь не для того, чтобы вырабатывать кислород для дыхания, а чтобы получить в достаточном количестве окислитель для ракетного топлива на обратный полет с Марса на Землю. Кислород весит куда больше, чем водород или метан, поэтому агентство очень хочет добывать его на Марсе, а не тащить с собой с Земли.

Модуль МОКСИ, установленный на новом марсоходе, будет производить при стандартных показателях температуры и давления всего лишь около пятнадцати литров кислорода в час. Вроде бы не слишком много, но, с другой стороны, легким человека требуется всего пять-шесть миллилитров в минуту. По словам Хекта, “в общем и целом МОКСИ способен постоянно вырабатывать достаточно кислорода для одного человека, если этот человек не занимается очень активной физической работой”.

В настоящее время МОКСИ – это всего лишь рабочая модель в масштабе 1:100, но если она будет функционировать так, как ожидается, NASA планирует построить агрегат в натуральную величину, увеличив его размер и производительность в сто раз, хотя для обеспечения такого устройства энергией потребуется ядерный реактор.

“План следующий: сначала мы построим на Марсе автоматическую станцию с ядерным реактором и установкой по производству кислорода, – объясняет Хект. – А через два года и два месяца, удостоверившись, что резервуар с кислородом полон, а реактор работает как нужно, пошлем туда людей”.