استخراج آب از ماه ماموریت‌های فضایی را متحول خواهد کرد

MacTavish · 2/10/19

این روزها بحث استخراج آب از ماه با جدیت بیشتری نسبت به گذشته دنبال می‌شود. اما علاوه بر جنبه‌های آشکار اهمیت وجود آب در قمر زمین، این موضوع درهای تازه‌ای را برای انجام ماموریت‌های فضایی خواهد گشود؛ چرا که آب در فضا می‌تواند نقش نفت را در تامین انرژی ایفا کند.

ادعای اخیر دانشمندان مبنی بر به دست آوردن شواهد محکم دال بر وجود آب منجمد شده در سطح کره ماه، موجبات خرسندی شیفتگان علوم فضایی و به ویژه طرفداران حفاری در ماه را پدید آورد. ظاهرا میزان یخ موجود در این قمر، بیش از تصورات پیشین است و مهم‌تر آنکه محققان مدعی‌اند از مکان اختفای این منابع ارزشمند نیز باخبرند؛ موضوعی که می‌تواند سبب تسهیل استخراج آب از ماه در آینده شود.

وجود این مایه حیات، لازمه‌ی انجام ماموریت‌های بلند مدت در ماه است و می‌توان آن را در آینده برای مصارفی چون آشامیدن، شستشو و پرورش گیاهان خوراکی در اقامتگاه‌های فضانوردان مورد استفاده قرار داد. اما شاید مهم‌ترین و آنی‌ترین کاربرد استخراج آب از ماه ، استفاده از آن برای تامین سوخت راکت‌ها باشد.

هیدروژن و اکسیژن اجزای سازنده آب را تشکیل می‌دهند و در حال حاضر همین دو عنصر، تامین کننده‌ی اصلی نیروی پیشرانه‌ی موشک‌ها هستند. بنابراین با استخراج آب از ماه و تامین هیدروژن و اکسیژن از این طریق، راکت‌ها نیازی به حمل تمامی سوخت مورد نیاز خود از زمین نخواهند داشت و به این ترتیب، هزینه اجرای ماموریت‌های فضایی به طرز قابل توجهی کاهش خواهد یافت.

به گفته‌ی «جولی بریست» محقق انستیتو فضایی فلوریدا:

ایده این است که یک زنجیره تامین فرآورده‌های مختلف (از جمله آب و سوخت) در فضا ایجاد شود تا پیشروی در عمق فضا از یک ایستگاه به ایستگاه دیگر تسهیل گردد.

پرتاب یک راکت یا ماهواره از زمین به فضا، بسیار پر هزینه است؛ زیرا این امر مستلزم غلبه بر جاذبه‌ی سیاره‌ی ماست که نیروی پیشرانه‌ بسیاری را می‌طلبد. در واقع بخش اعظم وزن یک راکت را در زمان پرتاب، سوخت مورد نیاز آن برای رهایی از جاذبه‌ی زمین تشکیل می‌دهد. قاعدتا برای پیشروی هرچه بیشتر در عمق فضا نیز، پیشرانه‌ی افزون‌تر و صرف هزینه‌ی گزاف‌تری نیاز است.

اما اگر به جای حمل تمامی سوخت مورد نیاز، بتوان عمل سوخت‌گیری مجدد را در فضا و ایستگاه‌های احداث شده در آن انجام داد، چه تحولی ایجاد خواهد شد؟ پروفسور «جورج سوئرز» از دانشگاه معدن‌شناسی کلرادو موضوع را اینگونه تشبیه می‌کند که تصور کنید برای به جاده زدن و آغاز یک مسافرت طولانی؛ به دلیل عدم وجود پمپ بنزین در مسیر، نیاز به حمل تمامی سوخت مورد نیاز خود داشته باشید که قاعدتا چندان امکان‌پذیر نخواهد بود.

استخراج آب از ماه به همین دلیل بسیار اغواکننده است؛ چرا که این امر امکان احداث ایستگاه‌های سوخت‌رسانی فضایی در نزدیکی‌های این قمر یا مدار پایینی زمین را میسر می‌سازد.

هزینه انتقال این منابع سوخت از ماه به نقاط دیگر فضا، به هیچ وجه با هزینه حمل و جابه‌جایی سوخت از زمین قابل قیاس نیست؛ چرا که جاذبه در سطح ماه، یک ششم زمین است و غلبه بر آن، هزینه‌ی کمتری را می‌طلبد. سوئرز اخیرا هزینه احتمالی این نقل و انتقال را برآورد کرده و به این نتیجه رسیده است که انتقال آب از ماه به مدار پایینی زمین، 20 تا 30 درصد ارزان‌تر از انتقال آب از زمین به این مدار تمام خواهد شد؛ حتی با وجود اینکه فاصله ماه تا مدار پایینی زمین بیشتر است.

البته داستان تبدیل آب موجود در ماه به سوخت راکت‌ها، سر دراز دارد و مدت‌هاست که دانشمندان درباره‌ی این موضوع رویاپردازی کرده‌اند. در سال 1994، ناسا و ارتش ایالات متحده ائتلافی تحقیقاتی موسوم به کلمنتاین (Clementine) تشکیل دادند که به شواهدی مبنی بر وجود آب در گودال‌های قطبی ماه دست یافت. این نقاط هرگز رنگ نور خورشید را به خود نمی‌بینند و بالاترین دمای ممکن در آن‌ها، منفی 120 درجه سانتی‌گراد است.

پروژه‌های تحقیقاتی دیگری نیز به امکان استخراج آب از ماه اشاره داشته‌اند. به عنوان مثال در سال 2009 فضاپیمای LCROSS با بررسی یکی از گودال‌های قطب جنوب این قمر، به وجود مقدار کمی آب در آن پی برد.

با این حال در مطالعه‌ی تازه‌ای که نتایج آن هفته گذشته به چاپ رسید، دانشمندان از کشف نقاط سرشار از آب در ماه خبر دادند. این نتیجه با آنالیز داده‌های ارسالی فضاپیمای چاندرایان 1 که توسط سازمان فضایی هند در سال 2008 عازم ماموریت شد به دست آمد. البته داده‌های نور مادون قرمز حاکی از آن است که این آب نه به صورت مایع یا بخار، بلکه به شکل منجمد در برخی نقاط ماه وجود دارد.

نکته قابل توجه اینکه این توده‌های یخ در سطح یا نزدیکی‌های سطح ماه قرار دارند و وسعت آن‌ها به حدی است که در برخی مناطق، 20 تا 30 درصد سطح کره را پوشانده‌اند. بنابراین بسته به اینکه تا چه مقدار در عمق نفوذ کرده‌اند، می‌توان آن‌ها را منبع قابل توجهی برای تغذیه‌ی راکت‌ها درنظر گرفت.

مکان‌های احتمالی وجود توده‌های یخ در دو قطب کره ماه

به عقیده‌ی «فیل متزگر» فیزکیدان نجومی از دانشگاه مرکزی فلوریدا و یکی از دست‌اندرکاران مرکز فضایی کندی ناسا:

به واقع نیازی نیست که ما تمرکز خود را معطوف مکان‌های بسیاری در فضا بکنیم. همین که روی برخی نقاط خاص متمرکز شویم، خواهیم توانست آب مورد نیاز برای تدارک سفرهای فضایی در 30 سال آینده را استخراج کنیم.

احداث یک مرکز سوخت‌رسانی در مدار نزدیک به زمین، درهای تازه‌ای را برای اجرای ماموریت‌های فضایی خواهد گشود. به عنوان مثال می‌توان راکت‌هایی را در فضا مستقر کرد که با سوخت‌گیری‌های پیاپی، قادر به رساندن ماهواره‌ها به مقصد مورد نظرشان باشند؛ چیزی که از آن به عنوان «بکسل فضایی» یاد می‌شود. در حال حاضر ماهواره‌ها برای عزیمت به مدارهای فوقانی زمین، ابتدا وارد یک مدار انتقالی اولیه می‌شوند و سپس با موتور کنترل کننده‌ی آنبرد خود، به آهستگی و طی 6 الی 12 ماه به مدارهای بالاتر صعود می‌کنند.

در این مدت، ماهواره‌ها قادر به انجام وظیفه نیستند و در نتیجه درآمدزایی نخواهند داشت؛ اما با پیاده‌سازی طرح بکسل فضایی، می‌توان ابتدا ماهواره‌‌ها را با راکت‌های‌ کوچکتری به مدار پایینی زمین فرستاد، سپس با کمک یک راکت چند بار مصرف مستقر در فضا، در عرض چند روز به مقصد نهایی هدایت کرد و آغاز به کار آن‌ها را چندین ماه به جلو انداخت.

چالش‌های پیش رو در راه استخراج آب از ماه

علی‌رغم اینکه استخراج آب از ماه و استفاده از آن به عنوان سوخت می‌تواند امکان‌پذیر باشد؛ اما انجام پروژه‌های حفاری در فضا به این سادگی‌ها هم نیست و ابتدا باید راهکاری مجاب کننده برای این کار پیشنهاد شود.

در حال حاضر محققان به عنوان گام اول، با کمک نشریه آکادمی ملی علوم در امریکا نقشه‌ای از ماه تهیه کرده‌اند که مکان‌های بلقوه غنی از آب در قطب‌های این قمر را نشان می‌دهد. گام بعدی اعزام کاوشگرها به این مناطق برای انتخاب نقاط هدف و بررسی خصوصیات توده‌های یخ است؛ چرا که هنوز دانشمندان نمی‌دانند که این یخ‌ها، با خاک و سایر مواد مخلوط شده‌اند یا از خلوص بالایی برخوردار هستند.

به گفته‌‌ی متزگر، در مورد انتخاب و استفاده از تجهیزات مناسب برای حفاری هم هنوز تردید وجود دارد. یکی از ایده‌ها، به کارگیری ربات‌های حفاری است که توان مکش مواد و انتقال آن‌ها به یک دستگاه‌ تصفیه کننده را داشته باشند. این دستگاه باید به گونه‌ای طراحی شود که از طریق حرارت دادن، قادر به جداسازی یخ از خاک باشد و در ادامه بتواند آب را با جریان الکتریکی به اجزای سازنده‌اش (اکسیژن و هیدروژن) تفکیک نماید. از این طریق نه تنها سوخت تجهیزات فعال در ماه تامین خواهد شد؛ بلکه می‌توان سوخت مازاد را نیز به نقاط تعیین شده در فضا برای استفاده در راکت‌ها ارسال کرد.

ناسا روی ربات‌های حفاری برای به کارگیری در ماه و مریخ کار می‌کند

البته تمام این‌ها بار مالی به دنبال خواهد داشت و باز هم بحث هزینه-فایده به میان می‌آید؛ اینکه حمل سوخت راکت‌ها از زمین به فضا ارزان‌تر خواهد بود یا ارسال تجهیزات به فضا و استخراج آب از ماه برای تامین سوخت مورد نیاز؟ بر اساس برآورد متزگر، بریست و سوئرز چیزی حدود یک دهه زمان می‌برد تا پروژه‌های حفاری در ماه به سوددهی برسند؛ اما از آنجایی که ریسک این کار بسیار بالاست، شاید در مقطع کنونی شرکت‌های زیادی مایل به سرمایه‌گذاری روی چنین عملیاتی نباشند.

به همین دلیل است که این محققان معتقدند ناسا خود باید تامین بخشی از سرمایه اولیه‌ی استخراج آب از ماه را برعهده بگیرد؛ چرا که با حضور یک نهاد معتبر دولتی، سرمایه‌گذاران بیشتری برای مشارکت در این پروژه علاقه نشان داده و بخشی از هزینه‌ها را تقبل خواهند کرد. صحبت از تولید سالیانه 900 تن سوخت است که در صورت حمل این مقدار سوخت از زمین، می‌بایست 3.5 میلیارد دلار هزینه تقبل شود.

سوئرز اعتقاد دارد چنین پروژه‌ای هزینه‌ی اجرای ماموریت‌های اکتشافی در ماه، مریخ و سایر اجرام آسمانی را به طرز قابل توجهی کاهش خواهد داد؛ موضوعی که با توجه به عزم ناسا برای اعزام مجدد فضانوردان به ماه، بسیار حائز اهمیت است.

من از مدت‌ها پیش گفته بودم که آب در فضا می‌تواند نقش نفت را ایفا کند. اگر ناسا به دنبال حضور مستمر بشر در کره ماه است، هدف نخست خود را باید احداث تاسیسات تولید سوخت در آنجا بداند.

دانلود ویدیو