استخدام الموارد في الموقع

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

يمكن حتى يوفر آي إس آر يوموادَّ لحفظ الحياة والوقود ومواد البناء والطاقة لحمولات المركبات الفضائية أوأطقم استكشاف الفضاء. أصبح من الشائع للغاية الآن بالنسبة للمركبات الفضائية ومركبات استطلاع أسطح الكواكب الروبوتية تسخير الإشعاع الشمسي من مسقطها باستخدام الألواح الشمسية. لم يجرِ تضمين آي إس آر يولإنتاج المواد في المهمات الفضائية بعد، على الرغم من حتى الكثير من الاختبارات الميدانية في أواخر العقد الأول من القرن الحادي والعشرين قد أظهرت أساليب قمرية مختلفة من آي إس آر يوفي بيئات ذات صلة.

لطالما اعتُبر آي إس آر يووسيلة 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 المسقط من ترسيخ استكشاف الفضاء الخارجي وعملياته بتكلفة معقولة عن طريق تقليل كمية المواد المنقولة من الأرض».

الاستخدامات

الماء

في سياق آي إس آر يو، غالبًا ما يجري البحث عن الماء مباشرةً لاستخدامه كوقود أوكمادة خام لإنتاج الوقود. تضم التطبيقات استخدام الماء في عمليات حفظ الحياة إما مباشرةً عن طريق الشرب أوفي زراعة الطعام أوإنتاج الأكسجين أوالكثير من العمليات الصناعية الأخرى. يحتاج جميع 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 الكثير من التقنيات المحتملة لاستخراج الماء. بالنسبة للماء المرتبط كيميائيًا بالحطام الصخري أوالجليد الصلب أوبعض أنواع التربة الصقيعية، يمكن جمع الماء بواسطة التسخين الكافي. لكن هذا ليس سهلًا كما يظهر لأن الجليد والتربة الصقيعية غالبًا ماقد يكونان أصلب من الصخر، ما يستلزم عمليات تعدين مرهقة. طالما وجود غلاف جوي سميك بدرجة معينة، كما هوالحال على المريخ، يمكن استخراج الماء مباشرةً من الهواء باستخدام عملية بسيطة مثل تفاعل امتصاص بخار الماء (دبليوإيه في إيه آر). أحد المصادر الأخرى المحتملة لاستخراج الماء هوطبقات المياه الجوفية العميقة المُسخنة بعمل 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. تضم 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. يحتاج هذا كمية كبيرة من الطاقة والمعدات لتحقيقه. بدلًا من ذلك، قد يحدث من الممكن تسخين الماء في صاروخ حراري نووي أوشمسي، والذي قد يحدث 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.

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

اقتُرح استخدام الألمنيوم وغيره من الفلزات المُستخرجة من الموارد القمرية كوقود للصواريخ، وتضم الاقتراحات إجراء تفاعلٍ بين الألمنيوم مع الماء.

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.

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، بهجريزات عالية في التربة القمرية ويمكن استخدامها لإنتاج الخلايا الشمسية. في الواقع، يوفر الفراغ على سطح القمر بيئة ممتازة للترسيب الفراغي المباشر لمواد الأغشية الرقيقة للخلايا الشمسية.

يمكن استعمال 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 مسقط التطبيق المحدد المعني.

يضم 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. 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 أوالأقمار 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.

يمكن حتى يضم 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، أوأي جرم كبير آخر مثل القمر أوالمريخ. تحتوي الكويكبات الفلزية على كميات هائلة من الفلزات المحبة للحديد، بما في ذلك الفلزات النفيسة.

اختبار تكنولوجيا آي إس آر يو

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

تُعد تجربة «إنتاج الأكسجين في المسقط 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.

صُمم «المتجول القمري للتنقيب عن الموارد» لاستكشاف الموارد في منطقة القمر القطبية، وقد اقتُرح إطلاقه عام 2022. كان مفهوم المهمة لا يزال في فترة ما قبل الصياغة، وكان يجري اختبار النموذج الأولي للمتجول عندما أُلغيت المهمة في أبريل 2018. ستُنقل أدواتها الفهمية 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 الهجريز على اختبار عمليات آي إس آر يوالقمرية المتنوعة من خلال الهبوط بعدة حمولات على متن مركبات هبوط ومتجولات تجارية متعددة.

المراجع

^ 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. ISBN .
^ 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.
^ "In-Situ Resource Utilization". NASA Ames Research Center. مؤرشف من الأصل فيثمانية سبتمبر 2018. اطلع عليه بتاريخ 14 يناير 2007.
^ steam rocket factor 1000. Neofuel.com. Retrieved on 2014-06-11. نسخة محفوظة 16 نوفمبر 2017 على مسقط واي باك مشين.
^ LSP water truck. Neofuel.com. Retrieved on 2014-06-11. نسخة محفوظة 25 يوليو2018 على مسقط واي باك مشين.
^ "Chapter 6: Viking and the Resources of Mars (from a history of NASA)" (PDF). NASA. مؤرشف من الأصل (PDF) في 14 يوليو2019. اطلع عليه بتاريخ 20 أغسطس 2012.
^ 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.
^ Page, Lewis (24 August 2009). ". The Register. مؤرشف من الأصل في 11 أبريل 2019.
^ Musk, Elon (1 March 2018). "Making Life Multi-Planetary". New Space. 6 (1): 2–11. Bibcode:2018NewSp...6....2M. doi:10.1089/space.2018.29013.emu.
^ 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.
^ 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" (PDF). MSFC Independent Research and Development Project (No. 5–81), 2. مؤرشف من الأصل (PDF) في 07 مايو2017. اطلع عليه بتاريخ 27 سبتمبر 2015.
^ "Lunar Solar Power System for Energy Prosperity Within the 21st Century" (PDF). World Energy Council. مؤرشف من الأصل (PDF) في 26 مارس 2012. اطلع عليه بتاريخ 26 مارس 2007.
^ 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.
^ "Mars Sample Return". www.esa.int. مؤرشف من الأصل في 03 ديسمبر 2012. اطلع عليه بتاريخ 05 فبراير 2008.