Видобуток корисних копалин на Червоній планеті: як марсіанський екскаватор став уособленням науково-технічного потенціалу людства

Епоха побутових мрій про Космос знайшла своє втілення в рядках відомої пісні Володимира Висоцького про «улюблений місячний трактор. На щастя, всі ми знову натхненно захоплені айбутньою колонізацією просторів Всесвіту.

Нещодавні матеріали Асоціації присвячені технологіям видобутку корисних копалин на Місяці викликали зацікавленість наших читачів. Авжеж, за наявних проблем земного надрокористування, багато наявних планів космічної колонізації звучать справді фантастично. Але ці плани вже затверджені провідними космічними державами, тому протягом наступних десятиліть ми можемо сподіватися на те, що рідкоземельні метали стануть набагато доступнішими, а Людство отримає відповіді щодо утворення Всесвіту завдяки геологічним дослідженням астероїдів.

Ілон Маск та найбільші світові космічні агенції прогнозують відправлення перших пілотованих місій на Марс протягом наступних 50 років. Масштаб потенційного надрокористування на Червоній планеті набагато більший за місячний. І справа тут не тільки в тому, що площа та історія Марсу перебільшують масштаб нашого супутника. Марс зі своїми супутниками Фобосом та Деймосом стануть прекрасним аванспостом на шляху подальшого опанування дальнього космічного простору.

Для нас, як дослідників цих трендів, цікавим є проєкт, над яким зараз працюють відразу кілька наукових команд аерокосмічного агентства NASA. Одна з них, Swamp Works, працює в Космічному центрі Кеннеді у Флориді. Офіційно їх розробка називається «системою утилізації ресурсів» (ISRU), проте люди, які над нею працюють звикли називати її фабрикою пошуку пилу, тому що вона переробляє звичайний пил в ракетне паливо. Ця система одного разу дозволить людям жити і працювати на Марсі, а також повертатися при необхідності назад на Землю.

Пил і бруд на неземних космічних тілах заведено називати реголітом. У загальному сенсі мова йде про вулканічну породу, що за кілька мільйонів років під впливом різних погодних умов перетворилася в дрібний порошок. На Марсі під шаром корозійних мінералів заліза, які дають планеті її знаменитий червонуватий відтінок, лежить товстий шар кремнієвих і кисневих структур, з’єднаних з залізом, алюмінієм і магнієм. Видобуток цих матеріалів є дуже складним завданням, оскільки запаси та концентрація цих речовин може варіюватися від однієї області планети до іншої.

 

Космічний екскаватор НАСА

 

На жаль, це завдання ускладнюється ще й низькою гравітацією Марса – копати в таких умовах, використовуючи перевагу маси, набагато складніше. На Землі для видобутку корисних копалин ми зазвичай використовуємо великі машини. Їх розміри і вага дозволяють докладати чималих зусиль для того, щоб «вгризатися» в грунт. Везти на Марс таку розкіш буде абсолютно неприпустимо. Пам’ятайте проблему вартості? З кожним грамом, який буде відправлений на Марс, ціна запуску буде постійно зростати. Тому в NASA працюють над тим, як проводити видобуток мінералів на Червоній планеті з використанням легкого обладнання.

Знайомтеся, RASSOR (Regolith Advanced Surface Systems Operations Robot) – автономний багатофункціональний комплекс надрокористування, розроблений з єдиною метою – копати реголіт в умовах низької гравітації. При розробці RASSOR (читається як «рейзор» – від англійського «лезо») інженери NASA приділили особливу увагу його системі силових приводів. Останні складаються з моторів, редукторів і інших механізмів, що становлять основну масу всієї установки. Тут використовуються безкаркасні двигуни, електромагнітні гальма, а також, серед інших речей, 3D-надруковані титанові елементи корпусу – все для того, щоб мінімізувати загальну вагу і об’єм конструкції. У підсумку, система володіє приблизно в половину меншою масою, в порівнянні іншими приводами, що мають аналогічні технічні характеристики.

Для риття RASSOR використовує два опозитних барабанних ковші, кожен з яких оснащений декількома зубами для захоплення матеріалу. При русі апарату барабанні ковші обертаються. Приводи, які їх утримують, опускаються і барабани, порожнисті усередині, в буквальному сенсі зрізають верхній шар поверхневого реголіту. Іншими словами, комбайн проводить забір лише верхнього шару матеріалу, а не риє вглиб. Ще однією ключовою особливістю RASSOR є опозитна конструкція – барабани обертаються в різних напрямках. Це дозволяє не застосовувати великі зусилля для забору ґрунту в умовах низької гравітації.

 

Розробка: Колісний робот проводить забір реголіту обертовими ковшами з забірними отворами

 

Як тільки барабани RASSOR заповнюються, робот припиняє збір і рухається в бік переробної фабрики. Для розвантаження реголіту машина просто обертає барабани в протилежному напрямку – матеріал падає через ті ж отвори в барабанах, через які здійснювався його збір. Рука-підйомник збирає доставлений реголіт і відправляє його на завантажувальну стрічку фабрики, яка своєю чергою доставляє матеріал в вакуумну піч. Там реголіт буде розігріватися до високих температур. Вміщені в матеріалі молекули води будуть видувати сухою газодувкою, а потім збиратися за допомогою охолоджуючого термостата.

 

Транспортування: обертаються в зворотному напрямку ковші-барабани розвантажують реголіт в роботизовану руку фабрики
Труднощі експлуатації

Необхідно переконатися, що роботизовані технології зможуть підтримувати операційну діяльність без зупинки і необхідності в обслуговуванні протягом декількох років, тому їх розробка буде проходити в строгій відповідності до встановлених стандартів. Наприклад, потрібно максимально знизити обсяг рухомих частин. Таким чином можна буде мінімізувати вплив реголітного пилу на ефективність всієї системи. Якщо ж підійти до питання з іншого боку і почати розробляти рухомі частини з більш високою стійкістю до пилу, то це не тільки ускладнить всю систему в цілому, але ще і додасть до неї зайвої ваги, яка, як уже говорилося, рівноцінна золоту.

Вченим також належить з’ясувати, яким чином і в яких пропорціях дрібний і твердий реголіт змішаний з льодом під поверхнею Марса. Ці дані допоможуть більш ефективно підготувати екскаватори для видобутку ресурсів. Наприклад, поточна версія ковша RASSOR найбільш пристосована для збору реголіту, змішаного з кусковим льодом. Однак даний дизайн буде менш ефективний при необхідності «вгризатися» в більші пласти твердого льоду. Для розробки відповідного обладнання необхідно отримати точне уявлення про розподіл льоду на Марсі. Інший варіант – розробити більш міцне, більш складне, більш важке і універсальне обладнання, яке зможе працювати з будь-яким видом грунту і щільністю крижаних пластів. Але, знову ж таки, це зайві витрати.

Загалом, в найближчі роки вчені NASA будуть займатися вирішенням усіх цих проблемних питань. Інженери Swamp Works в свою чергу продовжать підвищувати ефективність і готовність всіх компонентів їх системи. Екскаватори планують зробити ще більш міцними і легкими. Після цього планується приступити до їх випробувань в штучно створених і максимально наближених до марсіанських умов. Вчені також хочуть підвищити якість та ефективність печі, системи електролізу, а також розробити масштабовану модель реактора Сабатьє та холодильної установки для виробництва вуглецю. Розробники впевнені, що вирішення цих і багатьох інших завдань, призведе до того, що пилозбірний прототип перестане бути прототипом і зрештою почне реальну роботу на поверхні Марса, забезпечуючи майбутніх колоністів усіма необхідними для життя ресурсами.

Георгій Попов

 

 

 

Поділитися на facebook
Facebook
Поділитися на twitter
Twitter
Поділитися на linkedin
LinkedIn

Схожі записи

В Україні з’явився приватний гірничо-металургійний університет. Його засновником стала міжнародна група компаній «Метінвест

Новий вищий навчальний заклад «Метінвест Політехніка» знаходиться у Маріуполі. Виш готуватиме фахівців з матеріалознавства, металургії, комп’ютерних наук, автоматизації виробничих процесів,

Читати далі

Один з найбільших світових золотодобувачів може втратити свій золоторудний об’єкт

Уряд Папуа-Нової Гвінеї відмовляється продовжувати спеціальну гірничу оренду Barrick Niugini на експлуатацію золотодобувної шахти “Porgera” Фото: Уряд Папуа-Нової Гвінеї (PNG) бере

Читати далі

Чи стане Україна другим Катаром? Про перспективи шельфової розробки нафтогазових родовищ.

Щоразу після зміни влади в Україні наші громадяни стають свідками грандіозних обіцянок, які стосуються енергетичної галузі. Країні критично не вистачає

Читати далі