Приветствую вас мои космические друзья.
В конце 1970-х годов, по инициативе директора Лаборатории реактивного движения (JPL), изучался ряд возможных миссий на Марс, включая миссию по доставке образцов грунта с поверхности Марса - Mars sample-return (MSR). Cотрудники лаборатории в Пасадене, штат Калифорния, понимали, что финансирование новых миссий на Марс будет затруднено; экономика США находилась в кризисе, а космическое агентство НАСА - основной заказчик JPL, вкладывало большую часть своих средств в разработку "Спейс шаттла".
Кроме того, неоднозначные данные астробиологических экспериментов от двух марсианских зондов "Викинг", были интерпретированы как отрицательные, что способствовало снижению общественного энтузиазма к изучению Красной планеты. Сотрудники JPL рассуждали, что для того, чтобы миссия MSR имела шансы на рассмотрение, им необходимо было найти технологии и методы, которые могли бы значительно сократить ее предполагаемую стоимость.
В июле-августе 1978 года, через два года после посадки "Викингов" и поиска жизни на Марсе, инженеры JPL провели свое исследование, изучая одну из таких недорогих технологий по производству топлива с использованием ресурсов Марса, для ракеты миссии MSR, которая будет доставлять образцы марсианского грунта на Землю. Использование топлива, произведенного на Марсе, должно было значительно уменьшить массу космического аппарата миссии MSR при запуске с Земли, что позволило бы запустить его с помощью небольшой и относительно недорогой ракеты-носителя.
Ранее исследователи уже предлагали использовать ресурсы Марса для производства ракетного топлива, но специалисты JPL были первыми, кто основывал свои исследования на данных, собранных космическими аппаратами на поверхности Марсе и на его орбите. Посадочные аппараты "Викинг" подтвердили, что марсианская атмосфера почти полностью состоит из углекислого газа, и обнаружили, что грунт планеты содержит некоторое количество воды. Посадочный модуль "Викинг-2", находившийся на равнине Утопия, сфотографировал иней на поверхности Марса. Кроме того, два орбитальных аппарата "Викинг" сфотографировали облака состоящие из водяного льда, а также полигональный рельеф, напоминающий тот, что встречается в приполярных районах Земли в зоне вечной мерзлоты.
Инженеры JPL исследовали три комбинации компонентов топлива, которые позволили бы использовать ресурсы, Марса. Первая комбинация, состоящая из угарного газа и кислорода, могла быть получена путём расщепления углекислого газа. Однако исследователи отвергли данную комбинацию. И хотя её было легко получить на поверхности Марса, эта топливная пара могла дать небольшую тягу.
С другой стороны, водород и кислород представлял собой высокоэффективную топливную пару, которая давала бы тягу более чем в три раза превышающую тягу топливной пары угарный газ/кислород. Её можно было бы получить путём электролиза марсианской воды, но инженеры отвергли и эту комбинацию, поскольку для поддержания водорода в жидкой форме потребовалась бы тяжёлая, потребляющая электроэнергию система охлаждения. По их оценкам, это требование свело бы на нет экономию массы получаемую при производстве топлива для возвращения марсианских образцов на Землю.
Третьей топливной парой был метан/кислород, которую можно было бы получить на Марсе с помощью процесса, открытого в 1897 году нобелевским лауреатом, химиком Полем Сабатье. Сочетание небольшого количества водорода, доставленного с Земли, с углекислым газом из атмосферы Марса в присутствии никелевого или рутениевого катализатора дало бы метан и воду.
Метан должен был закачиваться в топливный бак ступени ракеты MSR, которая бы доставила образцы марсианского грунта на Землю, а электролиз воды, в свою очередь, должен был дать кислород и водород. Кислород должен был закачиваться в окислительный бак носителя MSR, а водород должен был реагировать с большим количеством углекислого газа, образуя еще больше метана и воды.
Инженеры JPL отдали предпочтение топливной паре метан/кислород, поскольку она обеспечивала около 80% тяги которую давала бы топливная пара водород/кислород. Кроме того метан мог оставаться в жидком состоянии при обычной температуре марсианской поверхности. Они подсчитали, что запуск образцов марсианского грунта массой в 1 килограмм, непосредственно на Землю (то есть без остановки на орбите Марса и стыковки с орбитальным аппаратом) потребовал бы производства 3780 килограмм топливной пары метан/кислород. Для производства необходимого количества топлива потребовалось бы не менее 400 дней.
Исследование JPL от 1978 года вдохновило многих разработчиков космических миссий на использование ресурсов Марса. Так, на конференции AIAA/AAS по астродинамике, которая прошла в 1982 году, инженеры компании Science Applications Incorporated представили доклад об использовании ресурсов Марса для производства топлива, которое предназначалось для автоматических баллистических бункеров с ракетными двигателями и винтовых самолетов. План создания марсианской базы, разработанный на второй конференции "The Case for Mars" (которая состоялась в 1984 году), в значительной степени опирался на добычу ресурсов из марсианской атмосферы как для производства расходных материалов для систем жизнеобеспечения, так и для производства ракетного топлива.
Директор компании SpaceX планирует наладить производство ракетного топлива но основе реакции Сабатье, для обеспечения своей марсианской колонии. Но это пока вопрос далекого будущего.