मंगल ग्रह पर बेस कैसे बनाएं

एलोन मस्क अक्सर एक दशक के भीतर मंगल पर मानवयुक्त मिशन के लिए स्पेसएक्स स्टारशिप तैयार करने के बारे में बात करते हैं, जिसमें अगले साल की शुरुआत में शिल्प का पहला प्रक्षेपण होता है। लेकिन इंसानों को पहली बार किसी दूसरे ग्रह पर भेजने के लिए डराना जितना मुश्किल हो सकता है, वहां पहुंचना केवल आधी चुनौती है। बड़ी समस्या यह है कि कैसे मनुष्य ग्रह की सतह पर एक असहनीय, पतले वायुमंडल के साथ मौजूद हो सकता है, जिसे ब्रह्मांडीय विकिरण द्वारा पोषित किया जाता है, सतह के तापमान से, घर से लाखों मील की दूरी पर।

हम जानना चाहते थे कि आप मानव निवास के लिए एक विदेशी ग्रह तैयार करने के बारे में क्या करेंगे, इसलिए हमने दो विशेषज्ञों से बात की, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के प्रोफेसर माइकल हेच और नासा के इंजीनियर असद अबोबेकर ने एक ग्रह पर अंतरिक्ष यात्रियों को जीवित रखने के तरीके के बारे में बताया। उन्हें मारने के लिए।

अवसर की एक खिड़की

लाल ग्रह के लोगों को भेजने में एक आवश्यक समय अंतराल है। पृथ्वी और मंगल की कक्षाओं के कारण, एक ग्रह से दूसरे ग्रह पर जाने का सबसे आसान तरीका एक होहमन स्थानांतरण कक्षा नामक एक प्रक्षेपवक्र का उपयोग कर रहा है, जिसमें एक शिल्प एक कक्षा में चलता है जो धीरे-धीरे बाहर की ओर बढ़ता है।

हेच ने समझाया, “यह इस तरह से है क्योंकि ग्रह घूमते हैं।” “पृथ्वी मंगल की कक्षा के अंदर है और यह मंगल की तुलना में अधिक तेज़ी से घूमती है, इसलिए यह इसे एक-दो बार खो देती है। एक मंगल वर्ष लगभग दो पृथ्वी वर्ष है। ”

“इसलिए आपको लॉन्च के लिए समय देना होगा। और हर मंगल वर्ष में एक खिड़की होती है – हर 26 महीने में, जब मंगल ग्रह पृथ्वी के करीब होता है, एक मंगल विरोध कहलाता है। इसलिए हर 26 महीने में आपके पास इस इष्टतम कक्षा में मंगल ग्रह के लिए एक अंतरिक्ष यान लॉन्च करने का अवसर होता है। … तो मंगल के लिए योजनाएं पहले बुनियादी ढांचे को भेजने के लिए हैं, और फिर 26 महीने बाद हम चालक दल को भेज देंगे। “

“हर 26 महीने में आपके पास इस इष्टतम कक्षा में मंगल ग्रह के लिए एक अंतरिक्ष यान लॉन्च करने का अवसर होता है”

इन्फ्रास्ट्रक्चर भेजने का मतलब सिर्फ यह सुनिश्चित करना नहीं है कि अंतरिक्ष यात्रियों के लिए सांस लेना और उनके लिए खाना खाना है। इसका मतलब है कि अंतरिक्ष यात्रियों को उनके मिशन के पूरा होने पर बिजली संयंत्र, एक आवास, रोवर्स, और एक चढ़ाई वाहन का निर्माण करना।

क्रिस डेग्रॉव / डिजिटल ट्रेंड्स

ऑक्सीजन इतना महत्वपूर्ण क्यों है

मार्स बेस स्थापित करने में संबोधित करने वाला पहला बड़ा मुद्दा ऑक्सीजन का उत्पादन है। जब आप मंगल ग्रह पर ऑक्सीजन का उत्पादन करने के बारे में सुनते हैं, तो आप सबसे बुनियादी मानवीय ज़रूरत के बारे में सोचते हैं: सांस लेने के लिए हवा का होना। और निश्चित रूप से, हमें एक निहित मंगल वास में सांस लेने वाले वातावरण का उत्पादन करने का एक तरीका खोजने की आवश्यकता है। लेकिन इसके लिए बड़ी मांग की तुलना में केवल अपेक्षाकृत कम मात्रा में ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है – रॉकेट के लिए प्रणोदक जो सतह से अंतरिक्ष यात्रियों को लॉन्च करेगा।

हेचेट ने कहा, “हम रॉकेट को प्रणोदक बनाने की कोशिश कर रहे हैं।” “हम ईंधन बनाने की कोशिश नहीं कर रहे हैं, हम उस रासायनिक प्रतिक्रिया का हिस्सा बनाने की कोशिश कर रहे हैं जो पृथ्वी पर हम कभी नहीं सोचते हैं।” यहां पृथ्वी पर, जब आप अपने कार इंजन में गैसोलीन जलाते हैं, तो आप उस प्रतिक्रिया को बनाने के लिए ऑक्सीजन में ईंधन के वजन के लायक कई बार उपयोग करते हैं। एक चिमनी में एक लॉग को जलाने के साथ ही।

गेटी इमेज / हैंडआउट

हालांकि, “यदि आप कहीं जाते हैं तो मुफ्त ऑक्सीजन नहीं है, आपको इसे अपने साथ ले जाने की आवश्यकता है,” हेच ने कहा।

आधुनिक रॉकेट में तरल ऑक्सीजन टैंक होते हैं जो इस प्रणोदक को प्रदान करते हैं, और वे लॉन्च के समय वजन का एक बड़ा हिस्सा बनाते हैं।

हेच ने कहा, “हमें उस रॉकेट को ग्रह से और कक्षा में ले जाने के लिए 30 मीट्रिक टन ऑक्सीजन की आवश्यकता होगी।” “और अगर हमें मंगल पर अपने साथ 30 मीट्रिक टन ऑक्सीजन ले जाना है, तो यह एक दशक पहले पूरे मिशन को आगे बढ़ाने वाला है। एक खाली टैंक भेजना और वहां ऑक्सीजन से भरना बहुत आसान है। ”

जो उपलब्ध है उसका उपयोग करना

मंगल पर ऑक्सीजन बनाने के लिए, हेच और उनके सहयोगी इन-सीटू संसाधन उपयोग (ISRU) नामक एक अवधारणा पर काम कर रहे हैं। अनिवार्य रूप से, इसका मतलब है कि मंगल पर जो पहले से ही हमारी ज़रूरत है उसे बनाने के लिए उपयोग करना।

उन्होंने MOXIE (मार्स ऑक्सिजन इन-सीटू रिसोर्स यूटिलाइज़ेशन एक्सपेरिमेंट) नामक एक प्रयोग किया है, जो इस गर्मी में लॉन्च होने पर नासा दृढ़ता रोवर पर मंगल की यात्रा करेगा। संभावित रूप से बहुत बड़े उपकरण का यह लघु संस्करण कार्बन डाइऑक्साइड में लेता है, जो कि मार्टियन वातावरण में भरपूर मात्रा में है, और ऑक्सीजन का उत्पादन करता है।

यह जटिल लग सकता है, लेकिन वास्तव में, डिवाइस पृथ्वी पर यहां प्रसिद्ध कुछ के समान है। हेच ने कहा, “MOXIE एक ईंधन सेल की तरह है।” “यह लगभग समान है। यदि आपने एक ईंधन सेल लिया और आने वाले दो तारों को उलट दिया, तो आपके पास एक इलेक्ट्रोलिसिस प्रणाली होगी। इसका मतलब है कि अगर यह एक ईंधन सेल था, तो आपके पास एक ईंधन और एक ऑक्सीडाइज़र होगा जो एक स्थिर अणु को चालू करेगा। यदि यह ईंधन और ऑक्सीजन के रूप में कार्बन मोनोऑक्साइड था, तो यह कार्बन डाइऑक्साइड बना देगा। आप बिजली भी बाहर निकालो।

यह कार्बन डाइऑक्साइड में लेता है, जो मार्टियन वातावरण में भरपूर मात्रा में है, और ऑक्सीजन का उत्पादन करता है

“यदि आप इसे उल्टा चलाते हैं, तो आपको कार्बन डाइऑक्साइड में डालना होगा, और आपको बिजली में डालना होगा। लेकिन आप कार्बन मोनोऑक्साइड और ऑक्सीजन बाहर निकालते हैं। यह हम ऐसा करना जानते हैं।

यह प्रतीत होता है कि सरल विचार कट्टरपंथी है क्योंकि यह एक समस्या से निपटता है अंतरिक्ष समुदाय के बाहर किसी को भी समस्या के रूप में सोचता है: ऑक्सीजन का उत्पादन। हेच ने कहा, “कोई भी पृथ्वी पर ऑक्सीजन नहीं बनाना चाहता है – हमारे पास कोई कारण नहीं है।” “हम हर जगह यह बहुत है। लेकिन हमें ईंधन कोशिकाओं के कारण बहुत ज्ञान है। ”

ऑक्सीजन मशीन का निर्माण कैसे करें

ऑक्सीजन मशीन बनाने के रासायनिक सिद्धांतों को समझना एक बात है, लेकिन एक संस्करण का डिजाइन और निर्माण करना जो एक रोवर में फिट हो सकता है, वह दूसरा है। नासा की जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी (JPL) में MOXIE के लिए एक थर्मल इंजीनियर असद अबोबेकर, जो अपने पूरे विकास के दौरान MOXIE प्रोजेक्ट में शामिल रहे, ने बताया कि कैसे प्रयोग का निर्माण किया गया और JPL टीम को कुछ चुनौतियों का सामना करना पड़ा:

“हमारे पास मुख्य संसाधन की कमी थी, इसके अलावा बड़े पैमाने पर और साथ काम करने के लिए छोटी जगह, ऊर्जा थी,” उन्होंने कहा। “रोवर में रेडियो आइसोटोप थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर है, जो एक परमाणु ऊर्जा स्रोत है। इसलिए लोग सोचते हैं कि रोवर परमाणु शक्ति से संचालित है, लेकिन ऐसा नहीं है। यह एक परमाणु चालक चार्जर के साथ बैटरी चालित है। ”

नासा

इसका मतलब है कि शोधकर्ताओं को इस बात से बेहद सावधान रहना होगा कि वे कितनी शक्ति का उपयोग करते हैं ताकि बैटरी खत्म न हो। पूरी दृढ़ता रोवर केवल 110 वाटों पर चलती है, जो एक उज्ज्वल प्रकाश बल्ब की तुलना में थोड़ा अधिक है।

बदले में, MOXIE जैसा प्रयोग केवल थोड़ी मात्रा में बिजली का उपयोग कर सकता है। “तो इस बात की सीमा तय करें कि हम इसे गर्म करने के लिए कितनी हीटर शक्ति का उपयोग कर सकते हैं, सिस्टम में गैस को उड़ाने वाले कंप्रेसर को कितनी शक्ति आकर्षित कर सकती है, और हम कितनी देर तक चला सकते हैं,” अबोकेकर ने कहा।

यही कारण है कि दृढ़ता पर यात्रा करने वाले MOXIE का संस्करण इतना छोटा है, भले ही सिस्टम बड़े पैमाने पर या तो बेहतर काम करेगा।

हम सिर्फ यह जानना चाहते हैं कि क्या यह काम करता है

लेकिन उपकरण डिजाइन करना प्रयोग का केवल एक पक्ष है – दूसरा पक्ष यह जांच रहा है कि क्या यह वास्तव में मंगल ग्रह पर काम करता है। यहां तक ​​कि एक अवधारणा के साथ जो पृथ्वी पर यहां ठोस रूप से काम करती है, कम वायुमंडल के अप्रत्याशित परिणाम हो सकते हैं, जिससे पतले वातावरण को प्रभावित किया जाता है कि गर्मी कैसे स्थानांतरित होती है, कम गुरुत्वाकर्षण और अपरिचित धूल के कारण अप्रत्याशित तरीके से पहने हुए बीयरिंगों तक। यही कारण है कि जेपीएल इंजीनियर MOXIE से डेटा एकत्र करने के लिए यह देखने के लिए एकत्रित होंगे कि यह वास्तविक मंगल के वातावरण में कैसा है।

“बहुत तरीके से, MOXIE वास्तव में विज्ञान डेटा नहीं लेता है,” अबोकेकर ने कहा। रॉक सैंपल का विश्लेषण करने के लिए उपयोग किए जाने वाले टेलीस्कोप या स्पेक्ट्रोमीटर जैसे विज्ञान उपकरणों की तुलना में, MOXIE से एकत्रित डेटा अपेक्षाकृत सरल है। “हमारे पास जो है वह लगभग इंजीनियरिंग टेलीमेट्री डेटा की तरह है। हम वोल्टेज और धाराओं और तापमान, जैसी चीजों को मापते हैं। यह हमारा डेटा है, और डेटा वॉल्यूम वास्तव में काफी छोटा है। आप इसे एक फ्लॉपी डिस्क पर लगभग फिट कर सकते हैं। “

“डेटा वॉल्यूम वास्तव में काफी छोटा है। आप इसे एक फ्लॉपी डिस्क पर लगभग फिट कर सकते हैं ”

इसका मतलब यह है कि टीम इस पर बहुत जल्दी प्रतिक्रिया प्राप्त कर सकती है कि क्या सिस्टम कुछ दिनों के भीतर – जैसा कि काम कर रहा है। अन्य दृढ़ता उपकरणों के विपरीत, जिसके लिए डेटा विश्लेषण में सप्ताह, महीने, या साल लगते हैं, MOXIE एक प्रयोग के रूप में एक व्यावहारिक प्रदर्शन है।

“बहुत तरीके से, जो हम कर रहे हैं वह विज्ञान नहीं है, यह तकनीक है,” अबोबेकर ने कहा। “ज्यादातर, हम सिर्फ यह जानना चाहते हैं कि क्या यह काम करता है। और, अगर हम भविष्य में इसे बढ़ाना चाहते हैं, तो हमें ऐसा करने के लिए किस तरह की चीजों की आवश्यकता होगी? ”

मंगल के लिए एक मैकमुर्डो स्टेशन

यदि MOXIE सफल है, तो यह प्रदर्शित कर सकता है कि ISRU का सिद्धांत मंगल ग्रह पर कैसे काम कर सकता है। फिर प्रोजेक्ट को स्केल करना और एक पूर्ण-स्तरीय संस्करण बनाना अपेक्षाकृत सरल है जो बहुत अधिक दर पर ऑक्सीजन का उत्पादन कर सकता है। और अच्छी खबर यह है कि एक बड़ा संस्करण अधिक कुशल होगा और बहुत अधिक बिजली की आवश्यकता के बिना काफी मात्रा में ऑक्सीजन का उत्पादन कर सकता है।

ऑक्सीजन के साथ, हम मंगल पर रहने वाले मनुष्यों के लिए आवश्यक अन्य प्रकार के संसाधनों पर आगे बढ़ सकते हैं। सबसे आवश्यक संसाधनों में से एक हमें ग्रह पर एक आधार स्थापित करने की आवश्यकता है जो पानी है। न केवल मनुष्यों को पीने के लिए, बल्कि इसलिए भी कि पानी (या हाइड्रोजन) और कार्बन डाइऑक्साइड को विभिन्न प्रकार के उपयोगी रसायनों में जोड़ा जा सकता है।

“शार्ट टर्म में विचार यह है कि हम अपने मिशनों को संभव बनाने के लिए एक निश्चित मात्रा में स्वायत्त ISRU करना चाहते हैं,” हेच ने कहा। “एक बार जब हमारे पास ग्रह पर एक आधार होता है, जैसे अंटार्कटिका में मैकमुर्डो स्टेशन या अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन की तरह, तो आप इस तरह से और अधिक आक्रामक प्रकार के ISRU के बारे में सोच सकते हैं, जैसे खनन बर्फ।

नासा / जेपीएल-कैलटेक

“बहुत से लोगों को लगता है कि हमें स्वायत्तता से बर्फ के लिए खनन करना चाहिए। लेकिन मैं कहता हूं कि यह प्रयास के लायक नहीं है। बर्फ एक खनिज है, जिसका अर्थ है कि आपको इसके लिए संभावना बनानी होगी, आपको इसे खोदना होगा, आपको इसे शुद्ध करना होगा। बस इसे लाना आसान होगा।

“जबकि MOXIE जैसा कुछ एक यांत्रिक पेड़ है। यह कार्बन डाइऑक्साइड में सांस लेता है और ऑक्सीजन से सांस लेता है। ” खनन जैसे संसाधनों के शिकार की तुलना में, MOXIE ज्यादा सरल है। “यह कहीं भी जाने के लिए नहीं है, यह कुछ भी देखने के लिए नहीं है। उन आईआरएसयू तरीकों के प्रकार हैं जो वास्तव में अल्पावधि में व्यावहारिक हैं। आप बाकी को तब तक टाल सकते हैं जब तक आपके पास सतह पर ऐसे लोग हैं जो अधिक जटिल कार्य कर सकते हैं। ”

अप्रत्याशित मार्टियन इनाम

मंगल पर पानी की बहुत बर्फ है, लेकिन यह ध्रुवों पर स्थित है, जबकि अधिकांश मंगल मिशन भूमध्य रेखा पर उतरने पर ध्यान केंद्रित करना चाहते हैं, जो रेगिस्तान की तरह है। इस मुद्दे से निपटने के लिए वर्तमान अवधारणाओं में वैश्विक बर्फ मानचित्रण का विचार शामिल है, जहां भविष्य में उपयोग के लिए बर्फ की छोटी मात्रा के स्थानों को मैप किया जा सकता है।

एक और विकल्प है कि मार्टियन मिट्टी में खनिजों से पानी निकालना। हेच ने समझाया, “जिप्सम और एप्सम लवण जैसे खनिज होते हैं जो सल्फेट्स होते हैं और बहुत सारे पानी को आकर्षित करते हैं।” “इसलिए तुम उन्हें खोदकर खा सकते हो और उन्हें निकाल कर पानी निकाल सकते हो। आप पानी के लिए मिट्टी की खान बना सकते हैं जो काफी भरपूर है। “

लेकिन मंगल के पास केवल वही सामग्री नहीं है जो हम यहां पृथ्वी पर पाते हैं। इसमें एक बड़ी मात्रा में एक केमिकल भी होता है जिसे परक्लोरेट (ClO4) कहा जाता है, जो मानव स्वास्थ्य के लिए खतरनाक है और केवल हमारे ग्रह पर कम मात्रा में पाया जाता है। विषाक्त होने के बावजूद, यह पदार्थ अपने रासायनिक गुणों के कारण बेहद उपयोगी हो सकता है, क्योंकि इसका उपयोग ठोस रॉकेट बूस्टर, आतिशबाजी और एयरबैग जैसी चीजों में किया जाता है।

हेच ने कहा, “मंगल पर, मिट्टी में अधिकांश क्लोरीन छिद्रित होता है।” “यह लगभग 1% मिट्टी बनाता है। और इसमें जबरदस्त ऊर्जा होती है। जब आप ClO4 से Cl बनाने के लिए ऑक्सीजन परमाणुओं को छोड़ते हैं, तो यह एक जबरदस्त ऊर्जा जारी करता है। मैंने हमेशा सोचा है कि फसल के लिए एक बढ़िया संसाधन होगा। ”

“जब आप ClO4 से Cl बनाने के लिए ऑक्सीजन परमाणुओं को छोड़ते हैं, तो यह ऊर्जा की एक जबरदस्त मात्रा जारी करता है”

इसके साथ समस्या यह है कि ये अनुप्रयोग सभी विस्फोटक हैं, और ClO4 की प्रतिक्रिया को नियंत्रित करना चुनौतीपूर्ण है। हालांकि, एक ऐसी प्रणाली है जिसमें एक का उपयोग करके धीरे से ऊर्जा जारी करने की क्षमता है जैविक रिएक्टर

“सूक्ष्मजीव इस सामान को खा सकते हैं और ऊर्जा पैदा कर सकते हैं,” हेच ने समझाया। “और लोगों ने वास्तव में इन प्रकार के जैविक रिएक्टरों का निर्माण किया है जो बैक्टीरिया के टैंक हैं जो किसी पदार्थ को पचाते हैं और उससे ऊर्जा निकालते हैं।

“तो मेरे पास एक रोवर के पीछे एक जैविक रिएक्टर की दृष्टि है, और अंतरिक्ष यात्री चारों ओर चला जाता है। और जब पावर गेज कम हो जाता है, तो वे बाहर निकलते हैं और एक हॉपर में मिट्टी को पीछे करना शुरू करते हैं, और रोगाणु मिट्टी खाते हैं और ऊर्जा बनाते हैं और अंतरिक्ष यात्री ड्राइविंग कर सकते हैं।

यह एक पागल विचार है, लेकिन यह मेरा पालतू संसाधन उपयोग अवधारणा है। ”

एक नर्वस प्रतीक्षा

अभी के लिए, MOXIE इंजीनियरों ने पहले से ही वितरित और एकीकृत रोवर में एकीकृत किए गए साधन के साथ वे सभी मोड़ और समायोजन किए हैं। उन्हें जुलाई में लॉन्च होने तक इंतजार करना होगा और फरवरी 2021 में ग्रह पर भूमि को देखना होगा कि क्या उनकी कड़ी मेहनत ने भुगतान किया है और क्या वे वास्तव में मंगल ग्रह पर ऑक्सीजन बना सकते हैं।

यदि यह सफल हो, तो यह संसाधनों की एक पूरी नई दुनिया खोल देता है, जिसके साथ हम मंगल ग्रह का पता लगा सकते हैं, जिससे हम जो कुछ भी चाहते हैं, उसका आविष्कारशील उपयोग करते हैं।

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