استخدام الموارد في الموقع
المواقع > المريخ

تتركز الأبحاث في مجال استخدام الموارد في الموقع للمريخ بشكل رئيسي على توفير وقود الصواريخ لرحلة العودة باتجاه كوكب الأرض -إما في مهمة رحلة مأهولة أو رحلة تجريبية غير مأهولة- أو للاستخدام كوقود على المريخ. تستخدم العديد من التقنيات المقترحة غلاف المريخ الجوي ذا الصفات المعروفة وقودًا. بما أن هذا يمكن محاكاته بسهولة على الأرض، فهذه الاقتراحات سهلة التطبيق نسبيًا، مع أنه ليس مؤكدًا ولا بشكل أن وكالة ناسا أو وكالة الفضاء الأوروبية ستفضل هذه الطريقة على المهمة المباشرة الأكثر تقليديةً.
من المقترحات النمطية لاستخدام الموارد في الموقع استخدام تفاعل ساباتييه، CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O، لإنتاج الميثان على سطح المريخ، لاستخدامه وقودًا للصواريخ. يتحرر الأكسجين من الماء عن طريق التحليل الكهربائي للماء، ويعاد تدوير الهيدروجين إلى تفاعل ساباتييه من جديد. فائدة هذا التفاعل أن -حتى 2008، عندما كان توافر المياه على المريخ أقل تأكيدًا علميًا- الهيدروجين وحده (وهو خفيف) كان يعتقد أنه يجب جلبه من الأرض.
في عام 2018، تطور سبيس إكس التكنولوجيا اللازمة لمحطة وقود صاروخي على المريخ ستستخدم نوعًا مما هو موصوف في الفقرة السابقة. بدلًا من نقل الهيدروجين من الأرض لاستخدامه في صناعة الميثان والأكسجين، فالشركة تنوي أن تستخرج المياه الضرورية من جليد المياه الجوفية الذي من المعروف الآن أنه موجود بوفرة على امتداد جزء كبير من سطح المريخ، وأن تنتج ثم تخزن المتفاعلات الناتجة عن تفاعل ساباتييه، وثم تستخدمها وقودًا لرحلات العودة لمركبتها «ستارشيب» في وقت أدناه 2023.
من التفاعلات الأخرى المقترحة على المريخ تفاعل انزياح غاز-ماء العكسي، CO2 + H2 → CO + H2O. يحدث هذا التفاعل بشكل سريع في حضور محفز حديد-كروم عند درجة حرارة 400 درجة مئوية، وقد طبق في منصة اختبار أرضية من قبل ناسا.
من التفاعلات الأخرى المقترحة لإنتاج الوقود والأكسجين التحليل الكهربائي لثنائي أكسيد الكربون من الغلاف الجوي
من المقترحات أيضًا إنتاج الأكسجين والهيدروجين وأحادي أكسيد الكربون CO في الموقع من رواسب الهيماتيت المريخية عن طريق عملية انقسام كيميائي حراري CO2/H2O ثنائي الخطوات، وتحديدًا في دورة إرجاع الفوستيت/الماغنيتيت (أكسيد الحديد الأسود). ومع أن التحليل الحراري أكثر الطرق مباشرةً، وهو عملية وحيدة الخطوة لقسم الجزيئات، فإنه ليس من العملي ولا الكفوء في حالة كل من H2O وCO2. ويرجع هذا لأن العملية تتطلب درجة حرارة شديدة الارتفاع (< 2500 درجة مئوية) لتحقيق كسر تفكك مفيد. يشكل هذا مشاكل في إيجاد مواد تفاعل مناسبة، والضياعات بسبب إعادة اندماج النواتج بشكل نشط، والضياعات المفرطة لإشعاعات الفتحة عند استخدام حرارة شمسية مركزة. أول من اقترح دورة إرجاع الماغنيتيت/الفوستيت للتطبيقات الشمسية على الأرض ناكامورا، وكانت من أوائل الطرق المستخدمة لعملية فصل المياه ثنائية الخطوات بالإشعاع الشمسي. في هذه الدورة، يتفاعل الماء مع الفوستيت (FeO) لتشكيل الماغنيتيت (Fe3O4) والهيدروجين. التفاعل الملخص في هذه العملية ثنائية الخطوات كما يلي:
{\ce {Fe3O4->[{\text{energy}}]{3FeO}+\overbrace {1/2O2} ^{\underset {(\operatorname {by-product} )}{oxygen}}}}
ويستخدم أكسيد الحديد FeO الناتج للفصل الحراري للماء أو ثنائي أكسيد الكربون CO2:
3FeO + H2O → Fe3O4 + H2
3FeO + CO2 → Fe3O4 + CO
تعاد هذه العملية بشكل دوري. ينتج عن المعاملة السابقة تخفيض كبير في الدخل الحراري من الطاقة بالمقارنة مع العملية الأكثر مباشرةً، وحيدة الخطوة، لقسم الجزيئات.
ولكن العملية تحتاج الفوستيت (FeO) لبدء الدورة، ولا يوجد فوستيت في المريخ، أو لا يتوافر على الأقل بكميات كبيرة. رغم ذلك، فإن الفوستيت يمكن الحصول عليه بسهولة بإرجاع الهيماتيت (Fe2O3)، وهو مادة وفيرة في المريخ، كونه متوفرًا بشكل خاص في رواسب الهيماتيت الكثيرة الموجودة في تيرا ميريدياني.
3Fe2O3 + H2 → 2Fe3O4 + H2O
3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2
كان من المفترض أن تجرب مركبة الهبوط المقترحة على سطح المريخ 2001 مارس سورفيور صناعة الأكسجين من الغلاف الجوي للمريخ، وأن تختبر تقنيات الخلايا الشمسية وطرق تخفيف آثار الغبار المريخي على أنظمة توليد الطاقة، ولكن المشروع ألغي. تضم رحلة مسبار مارس 2020 الفضائي تجربةً لتقنية استخدام موارد في الموقع (تجربة إنتاج الأكسجين على المريخ آي إس آر يو) ستستخلص ثنائي أكسيد الكربون CO2 من الغلاف الجوي وتنتج الأكسجين O2.
اقتُرحت إمكانية صناعة المباني على المريخ من البازلت بسبب خواصه الجيدة في العزل. سيمكن لبنية تحت أرضية من هذا النوع حماية أشكال الحياة من التعرض للإشعاعات.
كل الموارد المطلوبة لصناعة البلاستيك موجودة على المريخ. تستطيع العديد من هذه التفاعلات المعقدة أن تتم من غازات محصودة من غلاف المريخ الجوي. من المعروف وجود آثار أكسجين حر، وماء، وميثان. يمكن صناعة الهيدروجين والأكسجين بالتحليل الكهربائي للماء، وأحادي أكسيد الكربون والأكسجين عن طريق التحليل الكهربائي لثنائي أكسيد الكربون والميثان بتفاعل ساباتييه لثنائي أكسيد الكربون والهيدروجين. توفر هذه التفاعلات الأساسية لبنات بناء سلسلة تفاعلات أعقد يمكن أن تصنع أنواع البلاستيك. يستخدم الإيثيلين لصناعة أنواع من البلاستيك كالبولي إيثيلين والبولي بروبيلين ويمكن صناعته من أحادي أكسيد الكربون والهيدروجين:
2CO + 4H2 → C2H4 + 2H2O