Kolonizacija svemira: Koliki je značaj proizvodnje kisika na Marsu?

Kisik nije samo nužan za disanje astronauta, nego i sačinjava bitan sastojak raketnog goriva.

Robotsko vozilo Perseverance pretvorilo je ugljikov dioksid iz Marsove atmosfere u kisik što je prvi takav slučaj na drugoj planeti (Reuters)
Robotsko vozilo Perseverance pretvorilo je ugljikov dioksid iz Marsove atmosfere u kisik što je prvi takav slučaj na drugoj planeti (Reuters)

Američka svemirska agencija NASA u posljednje vrijeme gotovo svakodnevno ispisuje stranice historijskih knjiga uspjesima aktuelne misije na Marsu, pa je tako s ponosom objavila da su uz korištenje robotskog vozila Perseverancea uspjeli na Crvenom planetu proizvesti kisik korištenjem ugljikovog dioksida iz lokalne atmosfere. Time je NASA-i uspjelo da se prvi put u ljudskoj historiji na drugoj planeti proizvede nužni sastojak koji bi omogućio astronautima da dišu, što bi posljedično moglo biti ogroman korak u potpunoj kolonizaciji našeg Sunčevog sistema.

Astrofizičar sa Zagrebačkog Fakulteta elektrotehnike i računarstva (FER) Stefan Cikota navodi da se Marsova atmosfera sastoji se od približno 96 posto ugljikovog dioksida, te dodaje da u usporedbi sa Zemljinom atmosferom koja sadrži 21 posto kisika, Marsova atmosfera sadrži samo 0,13 posto kisika. U uvjetima kakvi jesu, opstanak ljudske kolonije na Crvenoj planeti stoga nije moguć.

Kako bi se donekle riješio taj problem, naučnici pokušavaju stvoriti kisik iz materijala na toj, ali i drugim planetima.

Jedan od instrumenata na NASA-inom robotskom vozilu Perseverance, koje je 18. februara spušteno na Mars, jeste MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment), kaže Cikota, a radi se o eksperimentu s ciljem tehnološke demonstracije proizvodnje kisika iz Marsove atmosfere.

Proizvodnja kisika

Misija instrumenta MOXIE jest proizvoditi kisik čistoće najmanje 98 posto, s očekivanom stopom od 6-10 grama na sat. U razdoblju od godinu dana, eksperiment će se provoditi najmanje 10 puta u različitim okolišnim i vremenskim uvjetima (u različito doba Marsovog dana i noći, uključujući čak i pogon pod pješčanom olujom), dodaje stručnjak FER-a.

U postupku proizvodnje kisika, instrument MOXIE pomoću HEPA filtera prikuplja ugljikov dioksid iz Marsove atmosfere, komprimira ga spiralnim kompresorom i zagrijava grijačima na temperaturu od 800 stepeni Celzijusa. Molekule prikupljenog ugljikovog dioksida zatim se pomoću elektrolizatora s krutim oksidom (solid oxide electrolyzer) dijele na kisik i ugljikov monoksid, gdje se u konačnici atomi kisika  kombiniraju u molekulu kisika u plinovitom stanju.

U svom prvom eksperimentu, instrument MOXIE stvorio je pet grama kisika, a pet grama kisika ekvivalentno je količini kojom astronaut može disati 10 minuta, navodi Cikota.

“Ovaj eksperiment iznimno je značajan u vidu pripreme misije na Mars s ljudskom posadom. Za razliku od ovog demonstracijskog eksperimenta, budući proizvodni pogoni kisika koji će služiti kao potpora misijama s ljudskom posadom bit će najmanje 100 puta većih kapaciteta”.

Ante Radonić, komentator svemirskih istraživanja i stalni saradnik emisije Andromeda na HR2 radiju, ističe da značaja ovog uspjeha leži u tome što se tako nešto radi prvi put na nekom drugom nebeskom tijelu, ali dodaje i da je bilo i za očekivati da će eksperiment uspjeti.

Specifična atmosfera

Ono što je važno znati, ističe, jeste da je ova metoda proizvodnja kisika u našem sistemu primjenjiva samo na Marsu, zbog specifične atmosfere, te da bi se još efikasnije mogla primijeniti i na Veneri, ali kako je tamo temperatura stalno oko plus 460 stepeni Celzijusa pa nema smisla o tome ni razmišljati. Naš najbliži nebeski susjed Mjesec nije pogodan teren za ovakvo dobijanje kisika jer on uopće nema atmosferu.

Iako značaj, uspjeh nije kolosalna prekretnica u naporima za kolonizaciju i osvajanje svemira, dodaje, te podsjeća da uređaj treba postići temperaturu od oko 800 stepeni Celzijusa i za zagrijavanje mu treba gotovo 90 minuta.

“Za potrebe astronauta biti će potreban daleko veći uređaj koji će trebati snagu električne energije od oko 30 kilowatta. Sadašnji uređaj troši oko 300 watta. Znači, bit će potreban priličan izvor električne energije”.

Sagovornici Al Jazeere napominju da opskrba kisikom nije važna isključivo zbog disanja ljudske posade, nego sačinjava bitan sastojak raketnog goriva te je stoga proizvodnja većih količina kisika na Marsu nužan preduvjet za povratak ljudske posade s Marsa na Zemlju.

Na primjer, za povratak letjelice s ljudskom posadom od četiri astronauta s Marsove površine na Zemlju, bit će potrebno najmanje sedam metričkih tona raketnog goriva i 25 metričkih tona kisika. U usporedbi s time, za četiri astronauta koji će godinu dana provesti i raditi na površini Marsa potrebna je približno samo jedna metrička tona kisika.

Važni resursi

Umjesto slanja 25 metričkih tona kisika sa Zemlje na Mars, daleko ekonomičnije i praktičnije rješenje bilo bi slanje većeg i snažnijeg pogona za proizvodnju kisika mase jednu tonu, koji na Marsu može proizvesti tih 25 metričkih tona kisika, kaže Cikota.

Radonić napominje da će zbog tehničkih uvjeta pretvaranja ugljikovog dioksida u kisik možda važniji resurs biti vodeni led.

“Na srednjim Marsovim širinama vodenog leda ima ispod površine, možda ne prilično duboko. Od leda se dobije voda za piće, voda se elektrolizom rastavlja na vodik i kisik. Vodik služi kao gorivo a kisik kao oksidator i za disanje. Uz pomoć vodika može se iz Marsove atmosfere proizvoditi metan kao gorivo za rakete ukoliko raketni motori budu trošili metan kao u slučaju plana Elona Muska. Ukoliko kao oksidator za uzlijetanje s Marsa treba sa Zemlje ponijeti kisik, u tom slučaju svemirski brod za Mars treba biti za nekoliko stotina tona veće mase pri odlasku iz Zemljine orbite”, pojašnjava Radonić.

Prava prekretnica za ljudske letove na Mars će se desiti onda kad se uspije sagraditi siguran svemirski brod za let od Zemlje do Marsa i to takav da će njegova cijena biti prihvatljiva za budžet svemirskih agencija koje će u tom pothvatu sudjelovati, kaže komentator svemirskih istraživanja.

“SpaceX Elona Muska ima jako ambiciozan plan da istim svemirskim brodom izvede let do Marsa, spuštanje na Mars i povratak i još k tome da se i raketa i svemirski brod mogu mnogo puta koristiti. To je toliko ambiciozno da niti jedna svemirska agencija ne razmišlja o takvom načinu leta. Ukoliko SpaceX uspije, onda je to prava prekretnica.a isto bi to bila i prekretnica za letove na Mjesec.

Za svemirski brod Starship Elona Muska u Zemljinoj orbiti biti će potrebna najmanje četiri tankiranja goriva pomoću velikih raketnih tankera koji će polijetati sa Zemlje i koji će predstavljati teretne verzije Starshipa. Pred napuštanje Zemljine orbite Starship će imati masu od oko tisuću tona!”

Put na Mars

Ako bi NASA ostvarila let na Mars, morat će u orbiti oko Zemlje sastaviti svemirsku letjelicu od više stotina tona koja će vjerojatno imati termalni nuklearni pogon gdje će se vodik zagrijavanjem pretvarati u plazmu koja će istjecati iz mlaznice raketnog motora, pojašnjava Radonić. On dodaje i da NASA još nema izrađen konačan koncept leta na Mars, te da bi Američka svemirska agencija let mogla ostvariti poslije 2040. godine ukoliko joj bude odobren potreban budžet.

“Međutim, konačna realizacija mogla bi probiti sve financijske plafone i onda bi se program godinama odugovlačio. To vrijedi i ako NASA let na Mars bude pripremala u suradnji s drugim agencijama”.

Radonić se osvrnuo i na mogućnost kolonizacije Mjeseca, te kazao da će se na tom Zemljinom satelitu za dobijanje kisika koristiti ledene čestice pomiješane sa prašinom u području oko južnog pola Mjeseca. Kako kaže, izdvajati će se led iz tla i koristiti će se za dobijanje vode, vodika i kisika, za potrebe astronauta i za potrebe raketnih modula (gorivo i oksidator).

Pored toga, Mjesečeva prašina koristiti će se za 3D printanje nastambi za stanovanje astronauta, a na svemu ovome zajedno će raditi prije svega NASA, Evropska svemirska agencija ESA i japanska JAXA.

Iako mogućnost stvaranja kisika na drugim nebeskim tijelima djeluje kao rješenje da se proširi list potencijalnih destinacija za kolonizaciju svemira, realnost je ipak drugačija.

Sama činjenica proizvodnje kisika neće povećati broj potencijalno naseljivih tijela u Sučevom sistemu, jer je za život potrebno mnogo više od kisika, kaže Cikota.

Najprije je nužan preduvjet da se tijelo nalazi u habitabilnoj, naseljivoj zoni, no habitabilna zona, svojom udaljenosti od matične zvijezde, tek postavlja osnovne teoretske preduvjete za nastanak života, i to onaj u najjednostavnijoj formi, a ne kompleksan poput ljudskih organizama.

“Po današnjim spoznajama, osim Zemlje i Marsa, život bi mogao biti održiv još na Jupiterovom prirodnom satelitu Europa, te Saturnovim prirodnim satelitima Enceladus i Titan. Uvjeti na svim tim tijelima toliko su različiti da svaki treba sagledavati individualno. Stoga demonstracija proizvodnje kisika na Marsu ne otvara automatski mogućnosti naseljavanja i drugih tijela”, kaže astrofizičar zagrebačkog FER-a.

Izvor: Al Jazeera

Povezane

Više iz rubrike TEME
POPULARNO