طرح جدید تامین آب در سفرهای فضایی: استخراج آب از کره ماه با کمک نور خورشید

یکی از رایج‌ترین چالش‌هایی که هنگام شروع سفرهای اکتشافات فضایی مطرح می‌شود، چگونگی تامین منابع لازم برای حیات است. این منابع عمدتا آب و اکسیژن هستند. اکسیژن را می‌توان به روش‌های مختلف تامین کرد و بدین ترتیب نگرانی باقی مانده تنها تامین آب است. آب که معمولا در علوم فضایی به عنوان یک عنصر «فرّار» شناخته می‌شود، همان چیزی است که است که سبب می‌شود تا دانشمندان طرح‌های فضایی خود را بر مبنای تلاش برای کشف آن پایه‌ریزی کنند. یکی از این طرح‌ها، استخراج آب از کره ماه با تاباندن مستقیم خورشید به آن است.

این طرح در گزارشی تحت عنوان «استخراج حرارتی یخ‌ها از اجسام سرد منظومه شمسی» با ایده «جورج ساورز» کارشناس منابع فضایی و مهندس مکانیک دانشگاه کلرادو منتشر شد.

در این طرح به سادگی بیان شده است که اگر بتوانیم نور خورشید را به کمک یک آینه غول پیکر یا فناوری مشابه دیگری به یک ناحیه از ماه بتابانیم، می‌توانیم از آن بهره زیادی ببریم. اگر این ناحیه حاوی یخ باشد، در اثر گرم شدن تبدیل به بخار آب می‌شود. در مرحله بعد باید از یک تله سرد یا مکانیزم مشابه جذب استفاده کرد تا آب موجود در آن را برداشت کرد و در فعالیت‌های فضایی مورد استفاده قرار داد.

این ایده یک طرح ساده برای استخراج آب است و تنها از سه جز اصلی تشکیل شده است. اول یک آینه بزرگ که به «هلیواستات» معروف است، دوم یک چادر غول پیکر از جنس خاص که بخار آب تبخیر شده را جمع‌آوری می‌کند و سوم یک سیستم تله سرد است که وظیفه جذب آب را به عهده دارد.

جالب است بدانید که هیچکدام از این اجزا نیاز به تکنولوژی عجیب و خارق‌العاده‌ای ندارند اما آنچه آن را برای ما چالشی می‌کند، این است که چنین سیستمی پیش از این هیچگاه مورد استفاده قرار نگرفته است.

در این مطالعه، تیم تحقیقاتی ابتدا نگاهی به گزینه‌های روی میز برای انتخاب محلی افتادند که مناسب انجام این کار است. سیارک‌های «24 Themis» و «65 Cybele» در ابتدا جز گزینه‌ها بودند اما دانشمندان دریافتند بهترین گزینه برای شروع کره ماه است. مزیت ماه نسبت به سایر گزینه‌های روز میز، فقدان جوی است که می‌تواند بر اثربخشی انرژی منتقل شده از خورشید به محل را کاهش دهد. ماه همچنین در فاصله کمتری تا زمین نسبت به سیارک‌های مذکور قرار دارد.

در مرحله دوم، دانشمندان تلاش برای ایجاد معماری مناسب جهت استفاده از نواحی خاصی از ماه بود که مناطق سایه‌دار دائمی هستند و تخمین زده می‌شود 600 میلیارد کیلوگرم آب در آن وجود دارد. آنها برای اطمینان از روش کار، این آزمایش را ابتدا در سطح زمین انجام دادند.

آن‌ها با کمک یک شبیه‌ساز سنگ‌های اقماری، دست به تولید سنگ‌های مخصوص و تکه‌های یخ زدند و سپس این سنگ‌ها با غلظت‌های مختلف را در یک محفظه خلا قرار دادند که توسط نیتروژن مایع خنک می‌شود. در مرحله بعد از یک منبع گرما مانند لامپ استفاده کردند که درحقیقت تابش نور خورشید را تقلید می‌کرد. خوشبختانه آن‌ها موفق شدند با کمک شبیه‌سازی شرایط آزمایش و برپایی معماری مورد نیاز این سیستم، مقدار استخراج آب را افزایش دهند. اما نکته اینجاست که چطور می‌توان این تجهیزات را در مقیاس‌هایی در حدود ابعاد کره ماه به کار برد؟

تیم تحقیقاتی تخمین می‌زند کل هزینه‌های توسعه برای عملیات استخراج حرارتی در حدود 800 میلیون دلار خواهد بود که 613 میلیون دلار آن صرف تجهیزات خواهد شد. هزینه سالانه تعمیر و نگهداری این سیستم نیز در حدود 80 میلیون دلار در سال است.

درحال حاضر، پس از آنکه این برنامه از مرحله آزمایشی با موفقیت عبور کرد، وارد فاز برنامه‌ریزی در ابعاد بزرگتر شده است و دانشمندان با ثبت ایده خود، منتظر دریافت مجوز برای انجام آن در مقیاس‌های بزرگتر هستند تا در مراحل بعدی آن را وارد فاز اجرایی کنند.