کشف آب در ماه چه تاثیری روی اکتشافات فضایی آینده دارد

کشف آب در ماه چه تاثیری روی اکتشافات فضایی آینده دارد

پژوهشگران مدت‌ها قبل از این کشف نیز ایده استخراج آب‌های موجود در سطح ماه را در ذهن داشتند. همان‌طور که آب زمین برای زندگی ضروری است، آب ماه نیز می‌تواند برای ماموریت‌های فضایی طولانی ‌مدت یک منبع فوق‌العاده ارزشمند باشد. این آب می‌تواند درون یک زیستگاه قمری بازیافت شود یا به ‌عنوان آب آشامیدنی یا استحمام استفاده شود. آب همچنین می‌تواند برای کاشت گیاهان در ماه (برای تغذیه ساکنان آینده ماه) مورد استفاده قرار گیرد.

اما شاید مهم‌ترین و ضروری‌ترین استفاده از آب می‌تواند به عنوان سوخت موشک باشد. اجزای اصلی آب، هیدروژن و اکسیژن، دو مورد از پر استفاده‌ترین موادی هستند که برای تأمین نیروی موشک‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. و استخراج سوخت موشک از آب موجود در ماه، می‌تواند به شدت هزینه‌ انجام ماموریت‌های بلند‌پروازانه‌ی فضایی را کاهش دهد. در حال حاضر، موشک‌هایی که زمین را ترک می‌کنند، سوخت مورد نیاز را با خود حمل می‌کنند. اما با بهره‌برداری از یخ ماه، موشک‌ها می‌توانند پس از رسیدن به فضا سوخت‌گیری کنند و با هزینه کمتری به مکان‌های دوردست‌تری بروند.

جولی بریسِت، پژوهشگری از مؤسسه فضایی فلوریدا می‌گوید:

در این صورت می‌توان نوعی زنجیره تأمین در خارج زمین داشت. بنابراین سفر به فضا از یک سیاره به سیاره دیگر راحت‌تر خواهد بود.

حمل هر نوع محموله‌ای به فضا، گران است. ماهواره‌ها برای رهایی از جاذبه زمین و رسیدن به مدار، نیاز به سوخت زیادی دارند. در‌واقع، در هنگام پرتاب، بیشتر وزن یک موشک را سوختی تشکیل می‌دهد که برای رسیدن به فضا مورد نیاز است. به همین ترتیب، هر چقدر بخواهید در فضا دورتر بروید، نیاز به سوخت بیشتری دارید. بنابراینماموریت‌های فضای عمیق، نیاز به هزینه بیشتری برای حمل سوخت اضافی خواهند داشت و باید از موشک‌های بزرگتری برای جای دادن سوخت بهره ببرند.

این تصویر که توسط داده‌های نقشه‌بردار کانی‌شناسی ماه (M3) به‌ثبت رسیده، پراکندگی یخ سطحی در قطب جنوب (سمت چپ) و قطب شمال (سمت راست) ماه را نشان می‌دهد

اما اگر بتوان به‌جای حمل سوخت‌ مورد نیاز، مخزن فضاپیما را با سوختی که در ایستگاه سوخت‌گیری فضایی موجود است پر کرد، چه می‌شود؟ در آن صورت ماموریت‌های فضایی به‌تدریج شبیه به سفرهای جاده‌ای می‌‌شوند.

جورج سیورس، استاد مدرسه معادن کلرادو و معاون سابق اتحادیه‌ی پرتاب فضایی ایالات متحده (ULA)، می‌گوید:

فقط تصور کنید، با خودروی خود به شهری سفر می‌کردید که در آنجا هیچ پمپ بنزینی وجود نداشت. در آن صورت، مجبور می‌شدید، برای سفرهای طولانی، تمام سوخت لازم را با خود بردارید.

به همین دلیل است که ایده استخراج منابع ماه بسیار جذاب است. آب ماه می‌تواند استخراج و جداسازی شود و به یک ایستگاه سوخت‌ در نزدیکی ماه یا در مدار پایین زمین برده شود. بنابراین، دیگر نیازی نیست که موشک‌ها خیلی بزرگ باشند تا تمام سوخت مورد نیاز را با خود حمل کنند. موشک‌ها می‌توانند به راحتی با یک ایستگاه سوخت پهلو بگیرند و برای سفرهای طولانی به فضا سوخت‌گیری کنند.

هزینه حمل و نقل سوخت از ماه به مکان‌های دیگر در فضا، در مقایسه با حمل آن از زمین، بسیار پایین‌تر است. جاذبه ماه، یک ششم زمین است، بنابراین، در آنجا نیاز به انرژی کمتری برای حفاری است. سیورس اخیراًً در مقاله‌ای، هزینه حمل سوخت ماه به مکان‌های مختلف در فضا را بررسی کرده است. به عنوان مثال، حتی رساندن آب ماه به مدار پایین زمین، ارزان‌تر از این است که این سوخت را از زمین به فضا ببریم.

سیورس می‌گوید:

 اگر از این سوخت در مدار پایین زمین استفاده کنید، باز هم ممکن است، بین ۲۰ تا ۳۰ درصد صرفه‌جویی کنید.

دانشمندان دهه‌هاست که به فکر تبدیل آب ماه به سوخت موشک هستند، چرا که شواهد نشان می‌دهد، قطب‌های ماه ممکن است مهیای معدن‌کاری باشند. در سال ۱۹۹۴، ماموریت مشترکی از ناسا و پنتاگون به نام کلمانتین، شواهدی از وجود آب در دهانه‌های قطبی ماه پیدا کرد. از آنجایی که نواحی قطبی هیچ‌گاه نور خورشید را نمی‌بینند، دمای هوا در این نواحی هرگز به بالاتر از منفی ۱۵۶ درجه سانتی‌گراد نمی‌رسد.

دهانه‌ی جوانی در سمت تاریک ماه از نمای ابزار نقشه‌بردار کانی‌شناسی ماه (M3)

از آن زمان، چندین ماموریت نشان دادند که ممکن است، در ماه آب وجود داشته باشد. در سال ۲۰۰۹، ناسا یک فضاپیما به نام ماهواره مشاهده‌گر و حس‌گر دهانه‌های ماه (LCROSS) را به ماه فرستاد که پس از برخورد با دهانه‌ای به نام كابئوس، شواهدی از آب پیدا کرد. بعداًً ناسا دریافت که حدود ۵ درصد آب در این ناحیه وجود دارد.

با این حال، مقاله‌ای که هفته گذشته منتشر شد، نشان می‌دهد که برخی نواحی ماه ممکن است که مملو از آب باشد. پژوهشگران دانشگاه هاوایی و دانشگاه براون، اطلاعات گردآوری شده توسط مدارگرد چاندریان-۱ متعلق به سازمان تحقیقات فضایی هند را که در سال ۲۰۰۸ به ماه رفت، بررسی کردند. آن‌ها با بهره بردن از یکی از ابرازهای کاوشگر به نام نقشه‌بردار کانی‌شناسی ماه (M3) توانستند، ویژگی‌های بازتابنده یخ را بررسی کنند. این ابزار همچنین، چگونگی جذب نور مادون قرمز به‌وسیله‌ی مولکول‌های یخ را نیز تجزیه و تحلیل کرد.

فیل مِتزر، فیزیکدان سیاره‌ای از دانشگاه فلوریدای مرکزی و یکی از بنیانگذاران آزمایشگاه سوامپ ورکس در مرکز فضایی کندی ناسا می‌گوید:

 ما واقعاًً نیازی نداریم که همه‌جا به دنبال منابع مورد نیاز خود بگردیم. بلکه فقط به‌برخی مکان‌ها احتیاج داریم که از آب کافی برخوردار باشند تا نیازهای حمل و نقل فضایی ۳۰ سال آینده را تأمین کنند.

وجود یک ایستگاه سوخت‌ در مدار پایین زمین، فرصت‌های زیادی برای ماموریت‌های جدید فضایی به‌وجود می‌آورد. یک کاربرد چیزی است که اصطلاحاًً به آن «یدک‌کش فضایی (Space Tug)» گفته می‌شود که در آن یک موشک در فضا باقی می‌ماند و بارها سوخت‌گیری می‌کند تا ماهواره‌ها را در موقعیت‌های مداری مختلف جا به‌جا کند.

در حال حاضر، ماهواره‌هایی که در مدارهای بالای زمین قرار می‌گیرند، به یک مدار اولیه فرستاده می‌شود و پس از ۶ ماه تا ۱ سال به‌آرامی تراسترهای خود را روشن می‌کنند و به مقصد نهایی خود می‌روند. در طول این زمان، ماهواره‌ نمی‌تواند وظایف خود را انجام دهد، بنابراین هیچ منفعت مالی هم ندارد.

اما با استفاده از یدک‌کش فضایی، ماهواره‌ها می‌توانند با موشک‌های کوچک‌تر به مدارهای بسیار پایین‌تر فرستاده شوند و سپس یک موشک قابل‌استفاده مجدد که قبلاًً به فضا رفته، می‌تواند ماهواره را طی چند روز به مدار نهایی خود برساند. این موجب صرفه‌جویی در هزینه‌های ماهواره می‌شود. به این ترتیب صاحبان ماهواره نیازی به موشک‌های بزرگ ندارند تا محموله خود را به فضا بفرستند و زمان بیشتری هم برای سودآوری ماهواره‌های خود در اختیار دارند.

طرح مفهومی از یک ماژول یدک‌کش سرنشین‌دار. طرح یک یدک‌کش قابل‌استفاده مجدد را در اواخر دهه ۱۹۶۰ و اوایل دهه ۱۹۷۰ به‌عنوان بخشی از سیستم حمل‌و‌نقل فضایی مورد بررسی قرار گرفت که یک ماژول سرنشین‌دار نیز می‌توانست به آن متصل شود

بنابراین، می‌توان از آب ماه همچون یک سوخت بهره برد، اما شروع استخراج آب در فضا راحت نخواهد بود. ابتدا، نیاز به یک عملیات اکتشافی گسترده است. به لطف مقاله‌ای که به تازگی منتشر شد، پژوهشگران اساساًًًً نقشه‌ای دارند که نواحی حاوی آب یخ در قطب‌های ماه را نشان می‌دهد.

گام بعدی فرستادن کاوشگرها و سطح‌نوردها به ماه است تا بتوانند بهترین مکان را با بالاترین فراوانی یخ مشاهده کنند. دانشمندان هنوز نمی‌دانند که آیا یخ ماه به‌صورت گِل نرم مخلوط با خاک است یا مانند قالب‌های جامدی است که با مواد سطحی دیگر ترکیب شده است.

متزر می‌گوید:

‌ ما به‌خوبی مي‌دانیم که چگونه تجهیزات لازم برای استخراج آب را طراحی کنیم. فقط نمی‌دانیم از کدام یک از تجهیزات استفاده کنیم.

ناسا مشغول کار روی طراحی‌های رباتیکی برای خاک‌برداری و حفاری در مریخ و ماه است

یک فرض می‌تواند این باشد که ابتدا خاک ماه را به‌وسیله یک دستگاه رباتیک حفاری استخراج کنیم و سپس مواد را به یک دستگاه پردازنده بفرستیم. این پردازنده یخ را از خاک جداسازی می‌کند و آب را با برق تجزیه می‌کند. مقادیری از این سوخت‌ها را می‌توان با یک فضاپیما به ایستگاه سوخت رساند. اما، مطمئناًً همه این مراحل پرهزینه خواهند بود.

 متزر می‌گوید:

در‌واقع، هزینه‌ها تا سطح تجزیه و تحلیل کاهش پیدا می‌کنند. آیا ارزان‌تر است که موشکی با سوخت را از زمین به فضا فرستاد یا اینکه تجهیزات را یک بار به فضا بفرستیم و سپس از این تجهیزات نگهداری کنیم و به‌طور مداوم از آن‌ها برای استخراج سوخت موشک استفاده کنیم؟

بر اساس بررسی‌هایی که توسط متزر، بریست و سیورس انجام گرفته، آن‌ها تخمین می‌زنند نیاز به یک دهه است تا معادن ماه به منفعت مالی برسند. اما از آنجایی که معدن‌کاری در ماه، سرمایه‌گذاری پر ریسکی است، ممکن است که سرمایه‌گذاران زیادی بلافاصله جذب این فرصت نشوند.

به همین دلیل است که اعضای تیم پیشنهاد می‌کنند که ناسا می‌تواند با تأمین بخشی از منابع مالی به پیشرفت معدن‌کاری در ماه کمک کند. در‌واقع، وقتی که یک مؤسسه دولتی معتبر وارد این جریان شود و برخی از هزینه‌ها را بپردازد، سرمایه‌گذاران تجاری بیشتری مشتاق ورود می‌شوند.

اما بر اساس تجزیه و تحلیل‌های سیورس، ناسا تنها به سرمایه‌گذاران منفعت نمی‌رساند. بلکه آژانس فضایی برآورد کرده که برای اکتشاف ماه سالانه نیاز به ۱۰۰ تن سوخت دارد. اگر ناسا مجبور باشد همه‌ی این سوخت را از زمین به ماه ببرد، باید حدود ۳٫۵ میلیارد دلار در سال هزینه کند. بنابراین، با صرفه‌جویی حاصل از تولید سوخت در ماه، هزینه ماموریت‌های ماه و مریخ به‌شدت کاهش پیدا می‌کنند.

سیورس می‌گوید:

 این سوخت هزینه‌ ماموریت‌های مریخ را کم‌تر می‌کنند و اساسا هر برنامه دیگری که خارج از زمین داریم را مقرون به‌صرفه می‌کند.

به عنوان مثال،‌ استفاده از سوخت ماه برای سوخت‌گیری موشک‌ها، هزینه‌های رفتن به ماه را تا ۳ برابر کاهش می‌دهد. همین نکته مهم می‌تواند، ناسا را دوباره به فکر بازگشت به ماه بیندازد.

سیورس می‌گوید:

سال‌هاست که گفته می‌شود آب، نفت فضا است. اگر ناسا برنامه‌ای برای اقامت دائمی انسان در ماه دارد، اولین چیزی که به آن نیاز خواهد داشت، تولید سوخت است.