Marsov zrak mogao bi napajati prve ljudske postaje

Marsova atmosfera za buduće misije nije samo prepreka koju treba preživjeti. Skupina znanstvenika iz Kine predlaže sustav koji bi rijetki zrak planeta, bogat ugljikovim dioksidom, pretvarao u toplinu, električnu energiju i gorivo za ljudske misije.

Koncept je opisan u časopisu National Science Review, a oslanja se na ideju korištenja lokalnih resursa, poznatu kao ISRU. Umjesto da se svaki izvor energije, vode, goriva i kisika šalje sa Zemlje, dio osnovne infrastrukture mogao bi se graditi iz onoga što Mars već ima.

Zamišljeni sustav nosi naziv MARS-MES, odnosno Mars Atmospheric Resource & Multimodal Energy System. U osnovi, riječ je o prijedlogu da se Marsova atmosfera uključi u širi energetski krug buduće ljudske postaje.

U takvom scenariju električna energija ne bi služila samo za rasvjetu i znanstvene instrumente. Napajala bi laboratorije, opremu za vježbanje, komunikacijske i računalne sustave, uređaje za proizvodnju kisika i goriva te sustave povezane s vodom i održavanjem života.

To nije tehnologija spremna za sljedeću misiju. Autori studije jasno navode da su povezane ISRU tehnologije još u fazi konceptualnih pokusa i analiza. No smjer je jasan: buduće misije na Mars morat će smanjiti ovisnost o teretu koji stiže sa Zemlje.

Prvi izazov: uhvatiti dovoljno rijetkog zraka

Marsova atmosfera ima samo oko jedan posto tlaka Zemljine atmosfere. Više od 95 posto čini ugljikov dioksid, a najviše temperature mogu dosegnuti oko 20 Celzijevih stupnjeva. Za ljude je takav okoliš negostoljubiv, ali za inženjere može biti sirovina.

Istraživači zato predlažu sustav koji bi najprije prikupljao marsovski zrak, zatim ga stlačio i pripremio za daljnju uporabu. U radu se spominju tri moguća pristupa: mehaničko stlačivanje, kriogeno izdvajanje i adsorpcija promjenom temperature.

Svaki od tih postupaka ima ozbiljna ograničenja. Mehaničko stlačivanje još nije pokazalo pouzdan dugotrajan rad u uvjetima koji bi bili potrebni na Marsu. Kriogeno izdvajanje i dalje je u ispitnoj fazi. Adsorpcija promjenom temperature zasad je ograničena brzinom procesa i skromnom proizvodnjom topline. Drugim riječima, ideja je tehnički privlačna, ali još ne postoji kao pouzdan sustav za ljudsku misiju.

Mikroreaktor i baterije koje koriste marsovske plinove

U središtu prijedloga nije samo proizvodnja električne energije, nego cijeli zatvoreni sustav koji bi povezivao atmosferu, pohranu energije i proizvodnju goriva. Istraživači predlažu mikro-nuklearni reaktor koji bi radio zajedno s opremom za prikupljanje i obradu marsovskog zraka. Energija dobivena u tom procesu pohranjivala bi se u baterijama koje koriste litij i plinove iz Marsove atmosfere.

Takav sustav mogao bi, barem prema sadašnjem konceptu, smanjiti ovisnost budućih misija o zalihama dopremljenima sa Zemlje. To je ključno jer ljudska postaja na Marsu ne bi trošila energiju samo za rasvjetu i instrumente. Struja bi održavala toplinu, pogonila sustave za kisik i vodu, omogućavala komunikaciju, rad laboratorija i svakodnevni život posade.

Autori u taj širi sustav uključuju i Sabatierov reaktor, tehnologiju koja iz ugljikova dioksida i vodika može proizvesti metan i vodu. Takav je proces važan jer metan može služiti kao raketno gorivo. Na Međunarodnoj svemirskoj postaji srodna se tehnologija već koristi u sustavu za održavanje života, no za Mars bi bila potrebna veća i snažnija izvedba, prilagođena radu u potpuno drukčijem okolišu.

ISRU kao uvjet za dugotrajan boravak

Korištenje lokalnih resursa već se dugo smatra jednim od ključnih preduvjeta za ozbiljne ljudske misije na Mars. Ako se sve mora ponijeti sa Zemlje, svaka postaja ostaje logistički krhka i iznimno skupa. Ako se dio resursa može dobiti na licu mjesta, arhitektura misije bitno se mijenja.

Primjeri se ne zaustavljaju na atmosferi. Vodeni led ispod površine mogao bi se koristiti za piće, higijenu, proizvodnju goriva i dobivanje kisika elektrolizom. Marsov regolit mogao bi poslužiti za gradnju, primjerice u 3D ispisu, ili kao zaštitni sloj iznad nastanjivih modula kako bi se smanjila izloženost zračenju.

Nova studija ne tvrdi da je takav sustav spreman za uporabu. Ona prije pokazuje u kojem bi se smjeru mogla razvijati energetska infrastruktura za prve ljudske misije na Mars. U tom scenariju Marsova atmosfera više nije samo rijedak, hladan i negostoljubiv sloj plinova oko planeta, nego resurs koji bi se mogao uključiti u proizvodnju struje, topline, goriva i osnovnih zaliha za održavanje života.

U tome je i najzanimljiviji dio prijedloga. Buduća marsovska postaja neće moći dugoročno opstati samo zato što će biti dobro opskrbljena sa Zemlje. Ako takve misije žele prerasti u trajniju prisutnost, morat će koristiti ono što im Mars može dati.

Ivan Petričević

Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.