الرئيسيةعريقبحث

استخدام الموارد في الموقع

☰ جدول المحتويات

في استكشاف الفضاء، يشير مصطلح استخدام الموارد في الموقع إلى جمع ومعالجة وتخزين واستخدام المواد التي عُثر عليها أو صنعت على أجرام فلكية أخرى (مثل القمر والمريخ والكويكبات وما إلى ذلك) بدلًا من إحضار هذه المواد من الأرض.[1]

يمكن أن يوفر آي إس آر يو موادَّ لحفظ الحياة والوقود ومواد البناء والطاقة لحمولات المركبات الفضائية أو أطقم استكشاف الفضاء. أصبح من الشائع للغاية الآن بالنسبة للمركبات الفضائية ومركبات استطلاع أسطح الكواكب الروبوتية تسخير الإشعاع الشمسي من موقعها باستخدام الألواح الشمسية. لم يجرِ تضمين آي إس آر يو لإنتاج المواد في المهمات الفضائية بعد، على الرغم من أن العديد من الاختبارات الميدانية في أواخر العقد الأول من القرن الحادي والعشرين قد أظهرت أساليب قمرية مختلفة من آي إس آر يو في بيئات ذات صلة.[2]

لطالما اعتُبر آي إس آر يو وسيلة ممكنة لتخفيض تكلفة هياكل استكشاف الفضاء الهندسية، عن طريق تقليل كمية الحمولة التي يجب إطلاقها من الأرض واللازمة لاستكشاف جرم كوكبي معين. وفقًا لوكالة ناسا، «سيمكّننا استخدام الموارد في الموقع من ترسيخ استكشاف الفضاء الخارجي وعملياته بتكلفة معقولة عن طريق تقليل كمية المواد المنقولة من الأرض».[3]

الاستخدامات

الماء

في سياق آي إس آر يو، غالبًا ما يجري البحث عن الماء مباشرةً لاستخدامه كوقود أو كمادة خام لإنتاج الوقود. تشمل التطبيقات استخدام الماء في عمليات حفظ الحياة إما مباشرةً عن طريق الشرب أو في زراعة الطعام أو إنتاج الأكسجين أو العديد من العمليات الصناعية الأخرى. يتطلب كل ذلك إمدادات كافية من الماء في البيئة المحيطة بالإضافة للمعدات اللازمة لاستخراجه. اكتُشف الماء خارج كوكب الأرض في أشكال مختلفة في جميع أنحاء النظام الشمسي، وجرت دراسة العديد من التقنيات المحتملة لاستخراج الماء. بالنسبة للماء المرتبط كيميائيًا بالحطام الصخري أو الجليد الصلب أو بعض أنواع التربة الصقيعية، يمكن جمع الماء بواسطة التسخين الكافي. لكن هذا ليس سهلًا كما يبدو لأن الجليد والتربة الصقيعية غالبًا ما يكونان أصلب من الصخر، ما يستلزم عمليات تعدين مرهقة. في حال وجود غلاف جوي سميك بدرجة معينة، كما هو الحال على المريخ، يمكن استخراج الماء مباشرةً من الهواء باستخدام عملية بسيطة مثل تفاعل امتصاص بخار الماء (دبليو إيه في إيه آر). أحد المصادر الأخرى المحتملة لاستخراج الماء هو طبقات المياه الجوفية العميقة المُسخنة بفعل حرارة المريخ الجيولوجية الكامنة، والتي يمكن استغلالها لتوفير المياه والطاقة الحرارية من باطن المريخ.

وقود الصواريخ

اقتُرح إنتاج وقود الصواريخ من سطح القمر عن طريق معالجة جليد الماء المكتشف على القطبين. تشمل الصعوبات المحتملة العمل في درجات حرارة منخفضة للغاية وتنقيب الحطام الصخري. تتضمن أغلب الخطط تحليل الماء كهربائيًا لإنتاج الهيدروجين والأكسجين وتخزينهما بتبريدٍ عميق في حالتيهما السائلتين. يتطلب هذا كمية كبيرة من الطاقة والمعدات لتحقيقه.[4] بدلًا من ذلك، قد يكون من الممكن تسخين الماء في صاروخ حراري نووي أو شمسي، والذي قد يكون قادرًا على نقل حمولات كبيرة من القمر إلى مدار أرضي منخفض (إل إي أو) على الرغم من اندفاعه النوعي المنخفض للغاية، بالنسبة لكمية معينة من المعدات.[5]

يمكن تصنيع وقود بيروكسيد الهيدروجين الأحادي (H2O2) من الماء على المريخ والقمر.[6]

اقتُرح استخدام الألمنيوم وغيره من الفلزات المُستخرجة من الموارد القمرية كوقود للصواريخ،[7] وتشمل الاقتراحات إجراء تفاعلٍ بين الألمنيوم مع الماء.[8]

بالنسبة للمريخ، يمكن تصنيع وقود من الميثان عن طريق تفاعل «ساباتتيه» اقترحت شركة «سبيس إكس» بناء مصنع وقود على سطح المريخ لإنتاج الميثان والأكسجين السائل بواسطة هذا التفاعل من جليد الماء تحت السطحي وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.[9]

صناعة الخلايا الشمسية

لفترة طويلة، اقتُرحت إمكانية صناعة الخلايا الشمسية من المواد الموجودة في التربة القمرية. إذ يتوفر السيليكون والألمنيوم والزجاج، وهي المواد الثلاث الأولية اللازمة لإنتاج الخلايا الشمسية، بتركيزات عالية في التربة القمرية ويمكن استخدامها لإنتاج الخلايا الشمسية.[10] في الواقع، يوفر الفراغ على سطح القمر بيئة ممتازة للترسيب الفراغي المباشر لمواد الأغشية الرقيقة للخلايا الشمسية.[11]

يمكن استخدام المصفوفات الشمسية المنتجة على سطح القمر لدعم العمليات على سطح القمر وكذلك الأقمار الصناعية في المدار القمري. قد تكون المصفوفات الشمسية المنتجة على سطح القمر أكثر فعاليةً من ناحية التكلفة من المصفوفات الشمسية المُنتجة والمشحونة من الأرض إلى القمر، لكن تعتمد هذه المقايضة اعتمادًا كبيرًا على موقع التطبيق المحدد المعني.

يشمل تطبيق آخر محتمل للمصفوفات الشمسية المصنوعة على القمر تزويد الأرض بالطاقة. في شكله الأصلي، المعروف باسم «أقمار الطاقة الشمسية الصناعية» كان الغرض من الاقتراح توفير مصدر طاقة بديل للأرض عن طريق شحن الخلايا الشمسية إلى مدار أرضي وتجميعها هناك، ليجري نقل الطاقة إلى الأرض بواسطة حزم من أشعة المايكروويف.[12] على الرغم من الجهود الكثيرة لتخفيض تكلفة مثل هذا المشروع، يكمن عدم اليقين في تكلفة وتعقيد إجراءات التصنيع على سطح القمر.

مواد البناء

سيتطلب استعمار الكواكب أو الأقمار الاستفادة من مواد البناء المحلية، مثل الحطام الصخري. على سبيل المثال، نتجت عن الدراسات التي مزجت بين تربة المريخ الصناعية مع راتنج الايبوكسي والإيثوكسيسيلان الرباعي، مادةٌ ذات قوة ومقاومة ومرونة عالية.[13]

يمكن أن يشمل تعدين الكويكبات أيضًا استخراج الفلزات لاستخدامها كمواد بناء في الفضاء، والتي قد تكون أكثر فعالية من ناحية التكلفة من جلب هذه المواد من الأرض ذات الجاذبية القوية، أو أي جرم كبير آخر مثل القمر أو المريخ. تحتوي الكويكبات الفلزية على كميات هائلة من الفلزات المحبة للحديد، بما في ذلك الفلزات النفيسة.

اختبار تكنولوجيا آي إس آر يو

كان من المخطط أن تحمل مركبة الهبوط «ماسح المريخ 2001» حمولة اختبارية، تُسمى «منتج الوقود في الموقع على المريخ (إم آي بّي)» والتي كانت تهدف لاختبار تصنيع الأكسجين من غلاف المريخ الجوي، ولكن أُلغيت المهمة.

تُعد تجربة «إنتاج الأكسجين في الموقع على المريخ (موكسي)» نموذجًا بمقياس 1% ستطلق على متن متجول «مارس 2020» لتنتج الأكسجين من ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي المريخي من خلال عملية تسمى التحليل الكهربائي للأكسيد الصلب.[14]

صُمم «المتجول القمري للتنقيب عن الموارد» لاستكشاف الموارد في منطقة القمر القطبية، وقد اقتُرح إطلاقه عام 2022. كان مفهوم المهمة لا يزال في مرحلة ما قبل الصياغة، وكان يجري اختبار النموذج الأولي للمتجول عندما أُلغيت المهمة في أبريل 2018. ستُنقل أدواتها العلمية بدلًا من ذلك على متن عدة مهام تجارية للهبوط على القمر مُتعاقدة مع ناسا من خلال برنامج «خدمات الحمولات القمرية التجارية (سي إل إس بي)» الذي يهدف إلى التركيز على اختبار عمليات آي إس آر يو القمرية المختلفة من خلال الهبوط بعدة حمولات على متن مركبات هبوط ومتجولات تجارية متعددة.

المراجع

  1. Sacksteder, Kurt R.; Sanders, Gerald B. (January 2007). In-situ resource utilization for lunar and mars exploration. AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. AIAA 2007-345. doi:10.2514/6.2007-345.  .
  2. Sanders, Gerald B.; Larson, William E. (2011-01-04). "Integration of In-Situ Resource Utilization into lunar/Mars exploration through field analogs". Advances in Space Research. 47 (1): 20–29. Bibcode:2011AdSpR..47...20S. doi:10.1016/j.asr.2010.08.020. hdl:2060/20100021362.
  3. "In-Situ Resource Utilization". NASA Ames Research Center. مؤرشف من الأصل في 8 سبتمبر 201814 يناير 2007.
  4. steam rocket factor 1000. Neofuel.com. Retrieved on 2014-06-11. نسخة محفوظة 16 نوفمبر 2017 على موقع واي باك مشين.
  5. LSP water truck. Neofuel.com. Retrieved on 2014-06-11. نسخة محفوظة 25 يوليو 2018 على موقع واي باك مشين.
  6. "Chapter 6: Viking and the Resources of Mars (from a history of NASA)" ( كتاب إلكتروني PDF ). NASA. مؤرشف من الأصل ( كتاب إلكتروني PDF ) في 14 يوليو 201920 أغسطس 2012.
  7. Hepp, Aloysius F.; Linne, Diane L.; Groth, Mary F.; Landis, Geoffrey A.; Colvin, James E. (1994). "Production and use of metals and oxygen for lunar propulsion". AIAA Journal of Propulsion and Power. 10 (16): 834–840. doi:10.2514/3.51397. hdl:2060/19910019908. مؤرشف من الأصل في 26 يناير 2020.
  8. Page, Lewis (24 August 2009). "New NASA rocket fuel 'could be made on Moon, Mars". The Register. مؤرشف من الأصل في 11 أبريل 2019.
  9. Musk, Elon (1 March 2018). "Making Life Multi-Planetary". New Space. 6 (1): 2–11. Bibcode:2018NewSp...6....2M. doi:.
  10. Landis, Geoffrey A. (2007-05-01). "Materials refining on the Moon". Acta Astronautica. 60 (10–11): 906–915. Bibcode:2007AcAau..60..906L. doi:10.1016/j.actaastro.2006.11.004.
  11. Curreri, Peter; Ethridge, E.C.; Hudson, S.B.; Miller, T.Y.; Grugel, R.N.; Sen, S.; Sadoway, Donald R. (2006). "Process Demonstration For Lunar In Situ Resource Utilization—Molten Oxide Electrolysis" ( كتاب إلكتروني PDF ). MSFC Independent Research and Development Project (No. 5–81), 2. مؤرشف من الأصل ( كتاب إلكتروني PDF ) في 07 مايو 201727 سبتمبر 2015.
  12. "Lunar Solar Power System for Energy Prosperity Within the 21st Century" ( كتاب إلكتروني PDF ). World Energy Council. مؤرشف من الأصل ( كتاب إلكتروني PDF ) في 26 مارس 201226 مارس 2007.
  13. Mukbaniani, O. V.; Aneli, J. N.; Markarashvili, E. G.; Tarasashvili, M. V.; Aleksidze, D. (April 2016). "Polymeric composites on the basis of Martian ground for building future mars stations". International Journal of Astrobiology. 15 (2): 155–160. Bibcode:2016IJAsB..15..155M. doi:10.1017/S1473550415000270.
  14. "Mars Sample Return". www.esa.int. مؤرشف من الأصل في 03 ديسمبر 201205 فبراير 2008.

موسوعات ذات صلة :