Проект команды "Прометей"

Материал из Wiki
Перейти к: навигация, поиск
Logo-apparat.png

Космический аппарат

Проект “MWF”(Mars Water Finder - Марсианский искатель воды)

Проблема поиска воды на Марсе стоит перед учеными всего мира уже давно. Уже достоверно известно, что вода на Марсе есть. В сентябре 2015 года в журнале Nature Geoscience были опубликованы результаты исследования снимков, полученных с аппарата Mars Reconnaissance Orbiter. Учёные сделали вывод, что темные полосы, появляющиеся на поверхности планеты в теплое время года и похожие на отложения солей, образовываются на месте периодических потоков воды в жидком состоянии. Вот как прокомментировал находку доктор физико-математических наук Игорь Митрофанов [2]: “С точки зрения будущего освоения Марса, вода — это очень ценный природный ресурс. Молекула воды — H2O — это, во-первых, кислород для дыхания, во-вторых, водород для ракетного топлива. Поэтому, если когда-нибудь будет готовиться экспедиция на Марс — а такие проекты уже обсуждаются, туда, вероятно, сначала полетят автоматы, и полетят они в самый благоприятный регион, где много воды. Там эти автоматы выработают кислород, водород или “обычную” воду для обеспечения будущей экспедиции, а уже когда все баки будут наполнены, тогда на Марс полетит космический экипаж. Нет никакого смысла везти с собой горючее для ракет с Земли, если можно его выработать непосредственно на Марсе, заправить возвратную ракету на месте и лететь обратно уже на «марсианском» топливе. Кроме того, вода важна для систем жизнеобеспечения.”

И действительно, на будущей космической станции вода с Марса будет необходима как для изучения, так и для удовлетворения технических и, возможно, бытовых нужд экипажа. Однако, как говорилось выше, марсианская вода представляет собой практически чистые соли, в составе которых есть молекулы воды. Следовательно, прежде чем поставить воду на станцию, её нужно опреснить.

Команда "Прометей" представляет аппарат-опреснитель, который будет послан на Марс с целью опреснения и сбора пресной воды для последующего использования на базах Марса и/или доставки на космическую станцию. Опреснение будет происходить благодаря физическому явлению испарения, которое считается одним из самых эффективных способов очищения жидкостей от солей. Хранение воды, прошедшей процесс опреснения, будет осуществляться в твёрдом агрегатном состоянии для наибольшей компактности и легкости транспортировки. Конструкция делится на два отсека: непосредственно опреснитель и камера-морозильник. (Рис 1)

Prom156.jpg

а - аппарат для сбора перхлоратов; б- отсек-опреснитель с нагревателем и устройством для сброса солей по мере накопления, образовавшихся в результате испарения (г); в - морозильная камера с генератором холода (е) и емкостью для хранения ледяных кубиков (и), сформированных в раме (ж); д - установка, несущая 2 солнечные батареи; з - бак-накопитель первичной жидкости; к - крышка для извлечения заполненной емкости для хранения льда с целью её опустошения; л - колеса; 'Выбор материала' Корпус аппарата будет сделан из дюралюминия (этот сплав, кроме алюминия, содержит небольшие количества меди и марганца, резко повышающие его прочность и жесткость. Баки будут сделаны из алюминий-литиевого сплава. В последней четверти XX века прогресс в металлургии привел к появлению алюминий-литиевых сплавов. Если до этого добавки в алюминий были направлены только на увеличение прочности, то литий позволял сделать сплав заметно более легким. Из алюминий-литиевого сплава был сделан бак для водорода ракеты "Энергия", из него же делают сейчас и баки "Шаттлов".

Опреснитель представляет собой отсек, на дне которого имеется нагревательный элемент, за счёт работы которого будет осуществляться кипячение необработанной воды с последующей конденсацией чистого продукта. Питание элемента происходит от двух солнечных батарей, расположенных на аппарате. Пар, образовавшийся в процессе кипячения, собирается под небольшим куполом. Через некоторый промежуток времени, когда вся вода выкипит, из второго отсека будет подан холодный воздух для ускорения конденсации. Капли пресной воды будут стекать по желобу в формы второго отсека (см. Подробнее Второй отсек). Во втором отсеке происходит охлаждение воды, а после — заморозка, осуществляемая за счёт работы генератора холода наподобие тех, которые устанавливают в морозильных камерах холодильников. Для равномерной заморозки по отсеку будет циркулировать воздух, охлаждаемый этим самым генератором. Жидкость распределяется по раме, на которой имеются ячейки в форме небольших кубиков (1 мс3). Так, на выходе получится 10 кусочков льда, которые будут автоматически сброшены рамой в ёмкость для хранения (100 л). После заполнения емкости аппарат автоматически отправит сигнал на станцию, откуда предусматриваются аппараты или люди, которые опустошат заполненную ёмкость и доставят уже более-менее пресную воду на корабль. Отсеки будут изолированы друг от друга на время кипения жидкости в первом отсеке, после чего перегородка автоматически закроет нагревательный элемент, открыв при этом морозильную камеру и создав тот самый желоб, по которому капли перетекут во второй отсек.

Формулы, по которым можно рассчитать:

Количество энергии, нужной для нагревания воды, можно рассчитать по формуле: Q1 = cm(t2-t1),

где c — удельная теплоемкость воды, m — масса воды, t1, t2 — температура воды, причем t1 — начальная температура, t2 — температура кипения (100 градусов Цельсия + 1 градус на каждые 60 грамм соли на 1 литр воды).

Также считаем количество энергии, нужной для испарения воды: Q2 = Lm где L — удельная теплота кипения воды, m — масса воды.

Затем охлаждаем воду до t = 0 градусов Цельсия: Q3 = cm(t2 - 0)

Потом замораживаем воду: Q4 = λm где λ — удельная теплота плавления.

И охлаждаем воду: Q5 =cm(0+40) где с — удельная теплоемкость льда, m - масса льда, 0+40 — температура, до которой нужно охладить лед. Из всего вышесказанного следует, что энергия, необходимая для опреснения воды, равна: Qобщее = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5

К сожалению, чтобы получить окончательные результаты подсчетов, нужно знать многое о марсианской воде: её химический состав, температуру кипения и т.д. На данный момент ученые не пришли к единому мнению о свойствах этой воды. Но наука не стоит на месте, и, вероятно, в ближайшем будущем мы, благодаря новым открытиям, сможем получить реальные цифры, проводя вычисления по данным формулам.


Результатом работы нашего аппарата будет пресная вода, которая необходима для работы будущих космических орбитальных станций. Для получения большего объема воды вероятно создание нескольких аппаратов подобного типа, которые на постоянной основе обслуживали бы космическую станцию. Использование ресурсов Марса сэкономит время и средства на постоянные полеты до Земли с целью заправки.

Однако стоит заметить, что “MWF”, так же, как и другие марсоходы, незастрахован от пылевых бурь, так часто встречающихся на Марсе. К тому же, работать подобный аппарат может только в определенный период на экваторе Марса, когда гидратированные соли выходят на поверхность. Также никто, даже ученые, на данный момент не может гарантировать безопасность использования марсианской воды. Но, несмотря на это, жидкость все равно будет являться объектом повышенного интереса со стороны исследователей.



На визитку команды

На список проектов всех команд

На страницу проекта Самара. Космос. Новый виток

На главную