СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНИМЫХ ДЛЯ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ ПИЛОТИРУЕМЫХ КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТОВ НА МАРС, ПОСРЕДСТВОМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕСТНЫХ РЕСУРСОВ

1. Способ получения кислорода, воды, оксида углерода, аммиака, азотных удобрений и съедобной биомассы на марсианском грунте посредством использования доступных местных ресурсов, при этом упомянутый способ включает в себя наличие двух секций, а именно, физико-химической секции для получения кислорода, воды, оксида углерода, аммиака и удобрений на основе азота, а также биологической секции для получения съедобной биомассы, причем упомянутая физико-химическая секция заключает в себе осуществление следующих стадий:
a) компоновку на марсианской поверхности по меньшей мере одного геодезического купола для размещения блоков установки, работающих внутри помещения;
b) компоновку вне помещения фотоэлектрических панелей для выработки энергии, необходимой для нагрева пространства внутри указанного по меньшей мере одного купола и для установки по снабжению энергией упомянутых блоков установки;
c) компоновку вне помещения адсорбционного блока с переменным температурным режимом (адсорбера с циклически изменяющейся температурой или TSA) и твердотельного осушителя (реактора адсорбции водяного пара или WAVAR);
2
d) вдувание находящегося под избыточным давлением марсианского CO в указанный по меньшей мере один купол через TSA до достижения величины внутреннего давления не менее 0,8 бар;
e) нагревание внутреннего пространства указанного по меньшей мере одного купола до достижения температуры не менее 10°C при помощи систем нагрева, снабжаемых энергией упомянутыми фотоэлектрическими панелями;
f) компоновку структуры для механической защиты блоков установки, работающих вне помещения;
g) размещение внутри указанного по меньшей мере одного купола указанных блоков установки для получения удобрений;
h) подачу газа, состоящего из марсианской атмосферы, в блок WAVAR, который работает вне помещения, для извлечения атмосферной воды;
i) выемку и транспортировку марсианского реголита в систему, находящуюся внутри помещения и называемую МРО (микроволновая печь Pizza), для извлечения адсорбированной воды и гидратной воды минералов под действием микроволн;
j) подачу воды, извлеченной из марсианской атмосферы, в резервуар для хранения;
k) разделение воды, извлеченной из реголита, на три потока, называемых π1, π2 и π3;
2
2
1) подачу потока π1 воды в электролизер, работающий внутри помещения, для получения двух отдельных потоков H и O;
2
2
m) подачу дегидратированной атмосферы, выходящей из блока WAVAR, в систему TSA отделения и создания избыточного давления CO на основе циклов адсорбции-десорбции при переменных температурах на цеолитных материалах с одновременным формированием второго газового потока, который, по существу, состоит из N и Ar;
2
2
2
n) подачу отделенного и находящегося под избыточным давлением CO в электролизер для получения O и газового потока, состоящего из смеси СО и CO, подлежащей хранению и используемой в качестве ракетного топлива для работы за бортом;
2
2
3
3
o) подачу второго потока, выделенного из TSA, который, по существу, состоит из N и Ar, вместе с H, полученным электролизом воды, в реактор, который обеспечивает возможность получения электросинтезом газообразного аммиака (NH) с одновременным формированием потока Ar, который является инертным в процессе реакции, приводящей к образованию NH;
3
p) разделение потока полученного NH на два потока, называемых θ1 и θ2;
3
3
q) подачу потока Ar, поступающего со стадии (o) электросинтеза, вместе с потоком θ1 продукта NH (p), с кислородом, полученным на стадии (1), с потоком π2 воды, полученным на стадии (k), в блок получения азотной кислоты (HNO), который действует на основе способа Оствальда, и при этом отходящий газ состоит главным образом из Ar;
3
r) разделение потока полученной HNO на два потока, называемых ρ1 и ρ2;
3
s) дополнительное разделение потока θ2 продукта NH, полученного на стадии (p), на два потока, называемых θ2′ и θ2″;
3
t) подачу потока θ2′ в резервуар для хранения, из которого отбирают NH, подлежащий использованию в качестве ракетного топлива для работы за бортом или в качестве удобрения для гидропоники;
3
3
4
3
u) подачу потока ρ1 продукта HNO вместе с потоком θ2″ продукта NH, полученным на стадии (s), в реактор для абсорбции и нейтрализации, что обеспечивает возможность получения нитрата аммония (NHNO), подлежащего использованию в качестве удобрения; и при этом
упомянутая биологическая секция заключает в себе осуществление следующих стадий:
а′) компоновку на марсианской поверхности по меньшей мере одного геодезического купола для размещения блоков установки, работающих внутри помещения;
b′) компоновку вне помещения фотоэлектрических панелей для выработки энергии, необходимой для нагрева пространства внутри указанного по меньшей мере одного купола и для узла снабжения энергией упомянутых блоков установки;
с′) установку вне помещения адсорбционного блока с переменным температурным режимом (адсорбера с циклически изменяющейся температурой или TSA) и твердотельного осушителя (реактора адсорбции водяного пара или WAVAR);
2
d′) вдувание находящегося под избыточным давлением марсианского CO в указанный по меньшей мере один купол через TSA до достижения величины внутреннего давления не менее 0,8 бар;
е′) нагревание внутреннего пространства упомянутого по меньшей мере одного купола до достижения температуры не менее 10°C при помощи систем нагрева, снабжаемых энергией упомянутыми фотоэлектрическими панелями;
f′) выемку и транспортировку марсианского реголита в систему, находящуюся внутри помещения и называемую МРО (микроволновая печь Pizza), для извлечении адсорбированной воды и гидратной воды минералов под действием микроволн;
g′) смешивание полученной воды с соответствующими количествами азотной кислоты, полученной в упомянутой физико-химической секции;
<mrow><msubsup><mi>τ</mi><mn>1</mn><mo>'</mo></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>τ</mi><mn>2</mn><mo>'</mo></msubsup></mrow>
h′) разделение дегидратированного реголита, полученного на стадии (f′), на два отдельных потока твердых частиц, называемых
и
;
<mrow><msubsup><mi>τ</mi><mn>1</mn><mo>'</mo></msubsup></mrow>
I′) подачу воды, смешанной с азотной кислотой, полученной на стадии (g′), вместе с потоком
твердых частиц реголита в реактор выщелачивания для переноса питательных микро- и макроэлементов из твердой фазы в жидкую;
j′) подачу смеси твердых частиц и жидкости (взвеси), поступающей из реактора выщелачивания, в систему фильтрации для отделения твердых частиц, называемых «выщелоченным реголитом», от жидкости, обогащенной питательными микро- и макроэлементами, называемой «культуральным бульоном»;
2
2
k′) подачу марсианской атмосферы в блок TSA отделения и создания избыточного давления CO на основе циклов адсорбции-десорбции при переменных температурах на цеолитных материалах с одновременным формированием второго газового потока, который, по существу, состоит из N и Ar;
2
l′) хранение содержимого упомянутого второго газового потока N и Ar, полученного на стадии (k′), в подходящих контейнерах, из которых его можно отбирать для применения в качестве буферного газа в аналитическом устройстве, используемом на стадиях отбора образцов, выполняемых с научными целями в продолжение полета;
m′) приготовление инокулята подходящих разновидностей водорослей, привезенных с Земли;
2
3
n′) подачу «культурального бульона», полученного на стадии (j′), вместе с находящимся под избыточным давлением потоком CO, полученным на стадии (k′), вместе с HNO, полученной в упомянутой физико-химической секции, и инокулятом, полученным на стадии (m′), по меньшей мере в по меньшей мере один фотобиореактор, который используют для стимулирования роста водорослей;
2
о′) осуществление абсорбции CO в жидкой фазе при помощи систем на основе гидропневматических насосов («эрлифт»), которые обеспечивают возможность надлежащего смешивания компонентов, подаваемых в фотобиореактор, и адекватной циркуляции смеси водорослей и культуральной среды, называемой «биологической взвесью»;
p′) воздействие на указанный по меньшей мере один фотобиореактор источника света, способного активировать фотосинтез, что в результате приводит тем самым к образованию новой фотосинтетической биомассы водорослей и кислорода;
q′) отделение биомассы водорослей от культурального бульона центрифугированием и от кислорода дегазацией;
r′) хранение кислорода, который подают в секции ECLSS (Система контроля за состоянием окружающей среды и жизнеобеспечения), в герметически закрытом и находящемся под избыточным давлением резервуаре, и дополнительное обезвоживание биомассы водорослей с целью использования ее в качестве пищи или пищевой добавки;
4
3
s′) перенесение культурального бульона, отработанного на стадии q′), вместе с нитратом аммония (NHNO), полученным в физико-химической секции, выщелоченным реголитом, полученным на стадии (j′), с соответственными количествами гуминовой и фульвовой кислот, привезенных с Земли, и человеческими метаболическими отходами в указанные купола, где выращивают плантации для производства пищевых продуктов.
2. Способ по п. 1, в котором на стадии (g′) вода и азотная кислота находятся в соотношении 1:5.
3. Способ по п. 1, в котором на стадии (i′) время контакта между жидкой фазой и твердой фазой составляет приблизительно 24 часа.
4. Способ по п. 1, в котором на стадии (p′) упомянутый источник света представляет собой солнечное излучение, падающее на марсианскую поверхность, или систему световых концентраторов и оптических волокон.
5. Способ по п. 1, в котором стадия (s′) заключает в себе следующие подстадии:
s′1) воссоздание внутри купола, подлежащего использованию в качестве теплицы на Марсе, условий по температуре и давлению, совместимых с ростом желаемых видов растений;
s′2) подачу выщелоченного реголита, полученного на стадии (j′), в указанный купол, который функционирует как теплица;
4
3
s′3) смешивание реголита подстадии (s′2) с нитратом аммония (NHNO), полученным на стадии (u) физико-химической секции, для обеспечения надлежащего поступления в реголит питательных веществ на основе азота;
s′4) смешивание реголита и нитрата аммония с подходящими количествами гуминовой и фульвовой кислот;
s′5) смешивание с реголитом подходящих количеств органических отходов, поступающих из домов астронавтов, для повышения содержания в грунте органического вещества;
s′6) выполнение посева разновидностей растений;
s′7) орошение посева с использованием отработанного раствора, поступающего из центрифуг; и
s′8) подачу светового потока, необходимого для фотосинтеза.
6. Комплект материалов и устройство для воплощения способа по п. 1, включающий в себя «физико-химическую» группу частей и «биологическую» группу частей, при этом упомянутая «физико-химическая» группа содержит:
- по меньшей мере один геодезический купол для размещения различных блоков, используемых в физико-химической секции способа;
- по меньшей мере одну фотоэлектрическую панель для выработки энергии с целью нагрева атмосферы внутри по меньшей мере одного купола и для функционирования блоков установки, описанных ниже;
2
2
2
2
- по меньшей мере один блок TSA, состоящий по меньшей мере из одного слоя цеолитного адсорбента и по меньшей мере одного радиатора с функцией обеспечения теплообмена с естественной окружающей средой Марса с целью обеспечения возможности осуществления адсорбционно-десорбционных циклов при переменной температуре, для отделения CO от других компонентов газов марсианской атмосферы (главным образом, N и Ar), и создания избыточного давления отделенного CO, а также вдувания и установления такого же давления CO в указанном по меньшей мере одном куполе;
- по меньшей мере один блок WAVAR на основе использования цеолитов и процесса адсорбции с последующей десорбцией под действием микроволн для извлечения воды, присутствующей в марсианской атмосфере;
- по меньшей мере один резервуар для хранения воды, извлеченной из атмосферы Марса;
- по меньшей мере один экскаватор и по меньшей мере одну конвейерную ленту для выемки и транспортировки марсианского реголита в блок его переработки;
- по меньшей мере один блок МРО, включающий в себя по меньшей мере один магнетрон для извлечения адсорбированной и гидратной воды из марсианского реголита с использованием нагревания под действием микроволн;
- по меньшей мере один трубчатый соединитель с тремя выходными каналами для разделения воды, извлеченной из реголита, на три потока, называемых π1, π2 и π3;
- по меньшей мере один электролизер для электролиза воды потока π1 и получения водорода и кислорода;
2
2
- по меньшей мере один электролизер для электролиза CO и получения отделенного кислорода, а также смеси СО и CO;
2
- по меньшей мере один блок, состоящий по меньшей мере из одного реактора электросинтеза с твердым электролитом (твердооксидный топливный элемент) для получения аммиака из газа с высоким содержанием N и Ar, полученного в блоке TSA, и водорода, полученного электролизом воды;
- по меньшей мере один блок, состоящий из соединителя Т-образной формы для разделения потока полученного аммиака на два потока, называемых θ1 и θ2;
3
3
2
2
- по меньшей мере один блок для получения азотной кислоты (HNO) по способу Оствальда из Ar, NH, HO, O, при этом упомянутый блок заключает в себе по меньшей мере один каталитический реактор, по меньшей мере одну абсорбционную башню и по меньшей мере одну систему для отгонки NOx;
3
- по меньшей мере один блок, состоящий из соединителя Т-образной формы для разделения потока полученной азотной кислоты (HNO) на два потока, называемых ρ1 и ρ2;
- по меньшей мере один блок, состоящий из соединителя Т-образной формы для разделения потока θ2 на два дополнительных потока, называемых θ2′ и θ2″;
3
- по меньшей мере один резервуар для хранения полученного NH; и
3
4
3
3
- по меньшей мере один газо-жидкостной реактор, работающий в непрерывном режиме, для получения NH и NHNO из HNO, а
упомянутая «биологическая» группа содержит:
- по меньшей мере один геодезический купол для размещения различных блоков, используемых в биологической секции способа;
- по меньшей мере одну фотоэлектрическую панель для выработки энергии с целью нагревания атмосферы внутри указанного по меньшей мере одного купола и функционирования блоков установки, описанных ниже;
2
2
2
2
- по меньшей мере один блок TSA, состоящий по меньшей мере из одного слоя адсорбента цеолита и по меньшей мере одного радиатора с функцией обеспечения теплообмена с естественной окружающей средой Марса с целью создания возможности осуществления адсорбционно-десорбционных циклов при переменной температуре для отделения CO от других газовых компонентов марсианской атмосферы (главным образом, N и Ar) и создания избыточного давления отделенного CO, а также вдувания и установления того же давления CO в указанном по меньшей мере одном куполе;
- по меньшей мере один экскаватор и по меньшей мере одну конвейерную ленту для выемки грунта и транспортировки марсианского реголита в блок его переработки;
- по меньшей мере один блок МРО, заключающий в себе по меньшей мере один магнетрон для извлечения адсорбированной и гидратной воды из марсианского реголита с использованием микроволнового нагрева;
- по меньшей мере один блок смешивания воды, экстрагированной из реголита, с подходящими количествами азотной кислоты, полученной в физико-химической секции;
<mrow><msubsup><mi>τ</mi><mn>1</mn><mo>'</mo></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>τ</mi><mn>2</mn><mo>'</mo></msubsup></mrow>
- по меньшей мере один блок, состоящий из двухполосной конвейерной ленты для разделения дегидратированного реголита на два потока твердых частиц, называемых
и
;
<mrow><msubsup><mi>τ</mi><mn>1</mn><mo>'</mo></msubsup></mrow>
- по меньшей мере один реактор, работающий в непрерывном режиме, для выщелачивания потока
твердых частиц реголита смесью воды и азотной кислоты;
- по меньшей мере один блок, состоящий из «пластинчатого фильтра», для разделения твердое тело/жидкость, которое выполняют во взвеси, выходящей из реактора выщелачивания, а также непрерывного получения «культурального бульона» и потока «выщелоченного реголита»;
2
2
- по меньшей мере один резервуар для хранения газа на основе N и Ar, полученного в предыдущем блоке в результате отделения от CO;
- по меньшей мере один из следующих видов водорослей: Gloeocapsa strain OU_20, Leptolyngbya OU_13 strain, Phormidium strain OU_10, Chroococcidiopsis 029; Arthrospira platensis, Synechococcus elongatus, Anabaena cylindrical; Chlorella vulgaris; Nannochloris Eucaryotum или генетически модифицированные разновидности;
- по меньшей мере один блок приготовления инокулята разновидностей водорослей;
2
- по меньшей мере один фотобиореактор для получения биомассы водорослей, в котором культуральный бульон осуществляет контактирование инокулята водорослей с азотной кислотой и газовым потоком, имеющим высокое содержание CO, называемым θ2;
2
- по меньшей мере один гидропневматический насос типа «эрлифт» для абсорбции CO в жидкой фазе, достижения надлежащей степени смешивания между компонентами, направляемыми в фотобиореактор, и циркуляции «биологической взвеси»;
- по меньшей мере один блок отделения биомассы водорослей и кислорода, полученных в фотобиореакторе, от отработанного культурального бульона;
- по меньшей мере один резервуар для хранения кислорода, полученного с помощью фотобиореактора;
- по меньшей мере один блок обезвоживания биомассы водорослей, и
- по меньшей мере один геодезический купол, подлежащий использованию в качестве теплицы для выращивания съедобных растений.
7. Комплект по п. 6, в котором указанный по меньшей мере один фотобиореактор представляет собой реактор периодического действия с подпиткой.
8. Комплект по п. 6, в котором в упомянутом по меньшей мере одном фотобиореакторе содержание кислорода составляет ниже 400% от соответствующих величин насыщения водой.