Изследователи от Масачузетския технологичен институт (MIT) работят по създаването на компактен плазмен реактор, който преобразува въглеродния диоксид от марсианската атмосфера в кислород и въглероден оксид.

В бъдеще тази технология може да се използва за производство на ресурси, необходими за екипажите, и за изграждане на инфраструктура за гориво директно на Червената планета.

Защо е необходимо да се произвеждат ресурси на Марс?

За бъдещите пилотирани мисии до Марс един от основните проблеми ще бъде осигуряването на екипажа с всичко необходимо за работа и завръщане на Земята.

Доставката на големи запаси от кислород, вода и ракетно гориво от Земята би била изключително скъпа и би увеличила значително масата на космическия кораб.

Поради тази причина инженерите разглеждат концепцията ISRU (In-Situ Resource Utilization) – използване на местни ресурси директно на повърхността на друга планета.

На Марс съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата е около 95%, което го прави идеална суровина за получаване на кислород и други химически продукти.

Един от вариантите за бъдещата архитектура предвижда създаването на производствени инсталации и депа за гориво на Марс. Те ще подготвят предварително необходимите ресурси за пристигащите космически кораби.

Плазменият реактор на MIT

Лейни Маккини, докторант в MIT, работи по тази задача в Aerospace Plasma Group под ръководството на професор Кармен Гера-Гарсия.

Тя използва инсталация, известна като Nanosecond Repetitively Pulsed Dielectric Barrier Discharge (NRP-DBD) – вид плазмен реактор.

В реактора се подава въглероден диоксид, след което импулсна студена плазма разкъсва молекулите на CO₂. В резултат се образуват кислород и въглероден оксид (CO).

Тази технология има потенциала да се превърне в един от основните методи за получаване на кислород за животоподдържащи системи и химическа суровина за производство на гориво директно на Марс.

Получаването на продуктите обаче е само част от задачата.

След преминаването през плазмата се образува смес, от която кислородът трябва бързо да бъде отделен. В противен случай той може отново да реагира с въглеродния оксид.

Затова настоящата работа на Маккини съчетава плазмения реактор с кислород-селективна мембрана, която трябва бързо да отстрани O₂ от реакционната смес. Все още обаче не е напълно ясно как такава мембрана ще функционира в химически активната плазмена среда.

„Справяме се наистина добре с етапа на преобразуване. Но в плазмата получаваме смес, която трябва да бъде разделена. Не сме съвсем сигурни какво точно ще видим“, казва Маккини.

От добив на кислород до производство на гориво

Трябва да се отбележи, че на този етап реакторът на MIT все още не произвежда готово ракетно гориво.

Неговата задача е ефективно да преобразува марсианския CO₂ и да разделя получените продукти.

В бъдеще кислородът може да се използва както като компонент на горивото, така и като ресурс за дишане на екипажа.

Въглеродният оксид също може да послужи като суровина за последващи химически процеси. Поради това подобна инсталация има потенциала да стане част от по-сложна система за производство на гориво и други консумативи на Марс.

Идеята за използване на местни ресурси за производство на кислород вече получи практическо потвърждение.

В рамките на експеримента MOXIE на марсохода Perseverance НАСА за първи път успешно доби кислород от марсианската атмосфера.

Изследването на MIT развива друго направление – плазмена конверсия на CO₂ и компактна система, която в бъдеще може да бъде мащабирана за по-големи инсталации.

Други проекти на Маккини

Работата на Маккини е част от по-широката дейност на MIT в областта на космическите ресурси.

Изследователката участва в проекти, свързани с използването на местни ресурси на Луната и Марс, и преди това е участвала в състезания на НАСА, посветени на устойчивото човешко присъствие в космоса.

По-конкретно, Маккини е била един от ръководителите на екипа MIT CERBERUZ в рамките на предизвикателството NASA LunaRecycle Challenge.

През 2026 г. екипът спечели първа награда във втория етап на конкурса и 775 000 долара за система, която смила смесени отпадъци на прах за последващо използване при изработването на резервни части и материали за 3D печат.

Марсианските депа за гориво са все още далеч

Плазменият реактор на MIT засега е на етап лабораторни изследвания. На учените им предстои да повишат ефективността на процеса, да решат проблема с разделянето на продуктите и да проверят дълготрайната работа на мембраната в условията на плазмен реактор.

Самата концепция обаче се вписва отлично в архитектурата на бъдещите пилотирани мисии. Ако необходимите ресурси могат да се произвеждат директно на Марс, космическите кораби няма да се нуждаят от доставка на цялото гориво и консумативи за обратния път от Земята.

„Ако не изградим „бензиностанции“ на Марс, връщането на хората на Земята ще бъде много трудно. Ще ни е нужен начин да произвеждаме гориво на място“, казва Маккини.

Ето защо подобни експерименти с използване на ресурси на място (ISRU) могат да се превърнат във важна част от подготовката за дългосрочно човешко присъствие на Марс – дори ако до създаването на първите марсиански „станции за зареждане“ предстои да бъдат решени още множество инженерни предизвикателства.