Використання ресурсів in situ: відмінності між версіями
| [перевірена версія] | [перевірена версія] |
м Виправлена суміш розкладок |
|||
| (Не показано 3 проміжні версії 2 користувачів) | |||
| Рядок 2: | Рядок 2: | ||
'''Використання ресурсів ''in situ''''' (''[[In situ]]'' — з ''[[Латинська мова|лат.]]'' — на місці) — у [[Дослідження космосу|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 [[ракетне паливо|ракетного палива]], матеріалів будівництва, енергії для [[космічний апарат|космічних апаратів]]. |
'''Використання ресурсів ''in situ''''' (''[[In situ]]'' — з ''[[Латинська мова|лат.]]'' — на місці) — у [[Дослідження космосу|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 [[ракетне паливо|ракетного палива]], матеріалів будівництва, енергії для [[космічний апарат|космічних апаратів]]. |
||
Наразі єдиним методом |
Наразі єдиним методом BPIS є використання [[сонячна енергія|сонячної енергії]] шляхом застосування [[Фотовольтаїка|фотовольтаїки]]. Інші під час [[космічний політ|космічних місій]] не застосовували, хоча було проведено кілька випробувань.<ref>{{Cite journal|title = Інтеграція In-Situ використання ресурсів у дослідженнях Місяця/Марса шляхом застосування аналогів|url = http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0273117710005788|journal = Advances in Space Research|date = 4 січня 2011|pages = 20–29|issue = 1|first = Gerald B.|last = Sanders|first2 = William E.|last2 = Larson|accessdate = 6 травня 2018|archive-date = 18 лютого 2019|archive-url = https://web.archive.org/web/20190218012103/https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0273117710005788}}{{ref-en}}</ref> |
||
== Марс == |
== Марс == |
||
| Рядок 19: | Рядок 19: | ||
Кисень також можна отримати із наступної реакції: |
Кисень також можна отримати із наступної реакції: |
||
: <chem>2CO2 -> 2CO + O2</chem>.<ref>{{cite web|url=http://www.space.com/26705-nasa-2020-rover-mars-colony-tech.html|title= |
: <chem>2CO2 -> 2CO + O2</chem>.<ref>{{cite web|url=http://www.space.com/26705-nasa-2020-rover-mars-colony-tech.html|title=Марсіанський ровер, що генерує кисень, наближає колонізацію Марса|publisher=space.com|author=Mike Wall|date=1 серпня 2014|accessdate=26 квітня 2018|archive-date=23 квітня 2021|archive-url=https://web.archive.org/web/20210423074206/https://www.space.com/26705-nasa-2020-rover-mars-colony-tech.html}}{{ref-en}}</ref> |
||
Отримані гази для палива перед використанням або зберіганням необхідно [[Зріджений природний газ|зріджувати]]. |
Отримані гази для палива перед використанням або зберіганням необхідно [[Зріджений природний газ|зріджувати]]. |
||
| Рядок 26: | Рядок 26: | ||
{{cite journal |url=https://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)AS.1943-5525.0000201 |last=Zubrin|first=Robert M.|author2=Muscatello, Berggren |title= Інтегрована система виробництва палива in situ на Марсі |journal=Journal of Aerospace Engineering |date= 15 грудня 2012|volume=26 |pages=43–56 |ISSN =1943-5525}}{{ref-en}}</ref> |
{{cite journal |url=https://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)AS.1943-5525.0000201 |last=Zubrin|first=Robert M.|author2=Muscatello, Berggren |title= Інтегрована система виробництва палива in situ на Марсі |journal=Journal of Aerospace Engineering |date= 15 грудня 2012|volume=26 |pages=43–56 |ISSN =1943-5525}}{{ref-en}}</ref> |
||
Програма НАСА |
Програма НАСА [[Mars Surveyor 2001]] повинна була продемонструвати виробництво кисню із атмосфери Марса та методи зменшення впливу атмосферного [[Марсіанські породи|марсіанського пилу]], який перешкоджає «збирати» [[Сонячна енергія|сонячну енергію]] спеціальними панелями. Але вона була відмінена.<ref>Landis, G. A.; Jenkins, P.; Scheiman, D. and Baraona, C. «[http://www.lpi.usra.edu/meetings/robomars/pdf/6136.pdf MATE and DART: набір інструментів для сонячної енергетики та мінімізації впливу марсіанського пилу (pdf)] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20210830233219/https://www.lpi.usra.edu/meetings/robomars/pdf/6136.pdf |date=30 серпня 2021 }}», ''Концепція дослідження Марса''. 18-20 липня, 2000. Houston, Texas.</ref> Наступна місія [[Mars 2020]] споряджена пристроєм [[MOXIE]] для видобутку кисню. |
||
Компанія [[SpaceX]], яка прагне [[колонізація Марса|колонізації Марса]], має намір у 2022 році відправити туди свій [[BFR|Космічний корабель BFR]] з метою підтвердження наявності достатньої кількості водних ресурсів.<ref name=yt1>{{cite news |url= https://m.youtube.com/watch?v=tdUX3ypDVwI |title= Промова Ілона Маска про мультипланетне життя (68-й З'їзд Міжнародного конгресу астронавтики в Аделаїді, Австралія) |last=|first=|work=SpaceX |date= 29 вересня 2017 |accessdate= 26 квітня 2018}}{{ref-en}}</ref> 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. |
Компанія [[SpaceX]], яка прагне [[колонізація Марса|колонізації Марса]], має намір у 2022 році відправити туди свій [[BFR|Космічний корабель BFR]] з метою підтвердження наявності достатньої кількості водних ресурсів.<ref name=yt1>{{cite news |url= https://m.youtube.com/watch?v=tdUX3ypDVwI |title= Промова Ілона Маска про мультипланетне життя (68-й З'їзд Міжнародного конгресу астронавтики в Аделаїді, Австралія) |last= |first= |work= SpaceX |date= 29 вересня 2017 |accessdate= 26 квітня 2018 |archive-date= 23 червня 2020 |archive-url= https://web.archive.org/web/20200623081340/https://m.youtube.com/watch?v=tdUX3ypDVwI }}{{ref-en}}</ref> 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 [[Колонізація космосу|колонізації]] планет чи їх природних супутників будуть потрібні місцеві '''будівельні матеріали''', наприклад, такі, як [[реголіт]]. Дослідження, що проводилися над сумішшю штучного марсіанського ґрунту, [[Епоксидні смоли|епоксидної смоли]] та |
Для [[Колонізація космосу|колонізації]] планет чи їх природних супутників будуть потрібні місцеві '''будівельні матеріали''', наприклад, такі, як [[реголіт]]. Дослідження, що проводилися над сумішшю штучного марсіанського ґрунту, [[Епоксидні смоли|епоксидної смоли]] та [[Тетраетил ортосилікат|тетраетил ортосилікату]], показали досить високі параметри [[міцність|міцності]], [[Стійкість (опір матеріалів)|стійкості]] та [[Поздовжній згин|гнучкості]] матеріалу, що був отриманий.<ref>{{cite journal |title=Полімерні композити на основі марсіанського ґрунту для будівництва майбутніх космічних станцій |journal=International Journal of Astrobiology |date=квітень 2016 |last=Mukbaniani |first=O. V. |last2=Aneli |first2=J. N. |last3=Markarashvili |first3=E. G. |last4=Tarasashvili |first4=M. V. |last5=Aleksidze |first5=D. |volume=15 |issue=02 |pages=155–160 |url=http://journals.cambridge.org/action/displayAbstract?fromPage=online&aid=10214888&fulltextType=RA&fileId=S1473550415000270 |accessdate=1 квітня 2018 |archive-date=19 квітня 2016 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160419133905/http://journals.cambridge.org/action/displayAbstract?fromPage=online&aid=10214888&fulltextType=RA&fileId=S1473550415000270 }}{{ref-en}}</ref> |
||
Будівництво підземних споруд можливо здійснювати із [[базальт]]а, оскільки він має гарні термоізоляційні властивості. На певній глибині під поверхнею живі організми будуть захищені від радіації. |
Будівництво підземних споруд можливо здійснювати із [[базальт]]а, оскільки він має гарні термоізоляційні властивості. На певній глибині під поверхнею живі організми будуть захищені від радіації. |
||
| Рядок 37: | Рядок 37: | ||
: <chem>2CO + 4H2 -> C2H4 + 2H2O</chem>, |
: <chem>2CO + 4H2 -> C2H4 + 2H2O</chem>, |
||
а з нього — [[поліетилен]] та [[поліпропілен]].<ref>{{cite web|url=http://chapters.marssociety.org/winnipeg/plastics.html|title=Пластмаси|publisher= |
а з нього — [[поліетилен]] та [[поліпропілен]].<ref>{{cite web|url=http://chapters.marssociety.org/winnipeg/plastics.html|title=Пластмаси|publisher=marssociety.org|accessdate=3 травня 2018|archive-date=14 травня 2016|archive-url=https://web.archive.org/web/20160514061421/http://chapters.marssociety.org/winnipeg/plastics.html}}{{ref-en}}</ref> |
||
== Місяць == |
== Місяць == |
||
Уже давно існує припущення, що [[Фотоелектрична комірка|фотоелектричні комірки]], а з них і [[сонячна панель|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.<ref>{{Cite journal|url = https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20070018263.pdf|title = Демонстрація процесів використання місячних ресурсів in situ: електроліз оксиду (pdf)|last = Curreri|first = Peter|date = серпень 2006|journal = MSFC Independent Research and Development Project (No. 5–81), 2.|doi = |pmid = |accessdate = 1 травня 2018|last2 = Ethridge|first2 = E.C.|last3 = Hudson|first3 = S.B.|last4 = Miller|first4 = T.Y.|last5 = Grugel|first5 = R.N.|last6 = Sen|first6 = S.|last7 = Sadoway|first7 = Donald R.}}{{ref-en}}</ref> Також можливе відправлення таких панелей на навколоземну орбіту та застосування їх у складі [[Орбітальна енергетична система|Орбітальної енергетичної системи]]. Вона може слугувати альтернативним джерелом сонячної енергії, накопичуючи та відправляючи її на Землю у вигляді [[Мікрохвильове випромінювання|мікрохвильового]] променю. |
Уже давно існує припущення, що [[Фотоелектрична комірка|фотоелектричні комірки]], а з них і [[сонячна панель|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.<ref>{{Cite journal|url = https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20070018263.pdf|title = Демонстрація процесів використання місячних ресурсів in situ: електроліз оксиду (pdf)|last = Curreri|first = Peter|date = серпень 2006|journal = MSFC Independent Research and Development Project (No. 5–81), 2.|doi = |pmid = |accessdate = 1 травня 2018|last2 = Ethridge|first2 = E.C.|last3 = Hudson|first3 = S.B.|last4 = Miller|first4 = T.Y.|last5 = Grugel|first5 = R.N.|last6 = Sen|first6 = S.|last7 = Sadoway|first7 = Donald R.|archive-date = 7 травня 2017|archive-url = https://web.archive.org/web/20170507143218/https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20070018263.pdf}}{{ref-en}}</ref> Також можливе відправлення таких панелей на навколоземну орбіту та застосування їх у складі [[Орбітальна енергетична система|Орбітальної енергетичної системи]]. Вона може слугувати альтернативним джерелом сонячної енергії, накопичуючи та відправляючи її на Землю у вигляді [[Мікрохвильове випромінювання|мікрохвильового]] променю. |
||
Однією із методик обробки місячної сировини є використання [[фтор]]у, що доставляється із Землі у вигляді [[Флуорид калію|флуориду калію]].<ref name="mining"> |
Однією із методик обробки місячної сировини є використання [[фтор]]у, що доставляється із Землі у вигляді [[Флуорид калію|флуориду калію]].<ref name="mining"> |
||
Поточна версія на 11:12, 28 січня 2023
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.[1]
 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:
- .[2]
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.[3]
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.[4] 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.[5] 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.[6]
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.[7]
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.[8] 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.[9] 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.[10] 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.
- ↑ Sanders, Gerald B.; Larson, William E. (4 січня 2011). Інтеграція In-Situ використання ресурсів у дослідженнях Місяця/Марса шляхом застосування аналогів. Advances in Space Research (1): 20—29. Архів оригіналу за 18 лютого 2019. Процитовано 6 травня 2018.(англ.)
- ↑ Mike Wall (1 серпня 2014). Марсіанський ровер, що генерує кисень, наближає колонізацію Марса. 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) [Архівовано 30 серпня 2021 у Wayback Machine.]», Концепція дослідження Марса. 18-20 липня, 2000. Houston, Texas.
- ↑ Промова Ілона Маска про мультипланетне життя (68-й З'їзд Міжнародного конгресу астронавтики в Аделаїді, Австралія). 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). Полімерні композити на основі марсіанського ґрунту для будівництва майбутніх космічних станцій. International Journal of Astrobiology. 15 (02): 155—160. Архів оригіналу за 19 квітня 2016. Процитовано 1 квітня 2018.(англ.)
- ↑ Пластмаси. 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). Демонстрація процесів використання місячних ресурсів in situ: електроліз оксиду (pdf) (PDF). MSFC Independent Research and Development Project (No. 5–81), 2. Архів оригіналу (PDF) за 7 травня 2017. Процитовано 1 травня 2018.(англ.)
- ↑ Видобуток корисних копалин та виробництво на Місяці. NASA. Архів оригіналу за 6 грудня 2006. Процитовано 3 травня 2018.
- ↑ Tucker, Dennis S.; Ethridge, Edwin C. (11 травня 1998). Виробництво скловолокна із місячних/марсіанських ресурсів (PDF). Конференція щодо інженерії та будівництва, 26–30 квітня 1998. Альбукерке. Архів оригіналу (PDF) за 18 вересня 2000.(англ.)