Курс на Марс. Самый реалистичный проект полета к Красной планете

В проекте, проведенном для НАСА между 2005 и 2007 годами, «Пионер Астронотикс» продемонстрировала этот цикл в действии с самого начала и до конца с помощью системы, которая брала из емкости газ, близкий по составу к марсианскому «воздуху» и содержащийся под давлением в 8 мбар, сжимала его до 3 бар, применяла сборную реакцию (5) для получения метана, оксида углерода и воды, затем подвергала последнюю электролизу для производства кислорода и водорода (он снова отправлялся в реактор), очищала от СО метан и сжижала его. Было показано, что этот реактор – который начал разрабатывать Тони Мускателло, а завершили Дуве Бруинсма и его коллеги, после того как Тони ушел из «Пионер Астронотикс», чтобы занять пост в Космическом центре имени Кеннеди, – способен производить метан и кислород в любом соотношении, работая при автоматизированном управлении до пяти дней без остановок.

Еще один способ добычи необходимого кислорода состоит в том, чтобы просто взять часть метана, полученного в реакции (1), и разложить в процессе пиролиза на углерод и водород:

СН₄ → С + 2Н₂

(6)

Полученный таким образом водород будет затем снова использован для взаимодействия с местным углекислым газом в реакции (1). Через некоторое время в камере, где проводилась реакция (6), накопится какое-то количество графита (сегодня это самый распространенный на практике метод промышленного получения пирографита). Поступление метана в реактор будет прекращено, вместо него камеру заполнит горячая газообразная двуокись углерода. Она начнет вступать в реакцию с графитом с образованием СО, который затем будет отводиться из камеры.

CO₂

+ С → 2СО (7)

Использовать две камеры – одну для пиролиза, другую для очистки – мне предложили как самое простое решение проблемы с дополнительным кислородом Джим Макэлрой и его исследовательская группа из «Гамильтон Стандарт».

Дело в том, что записать на бумаге систему химического синтеза как серию уравнений легко, куда труднее построить модуль, работающий должным образом. Однако к реактору, о котором я вам рассказал, это не относится – я знаю наверняка, потому что сам руководил рядом проектов по созданию всех блоков ЗПТМ с нуля. Первый и в некотором роде наиболее драматичный из этих проектов был начат осенью 1993 года, когда Дэвид Каплан и Дэвид Уивер из Космического центра имени Линдона Джонсона НАСА спросили меня, сможет ли «Мартин Мариетта» продемонстрировать рабочую модель ЗПТМ, которую я пропагандировал на конференциях и в статьях. Однако в той истории произошла неприятность: НАСА выделило всего 47 тысяч долларов на мой проект, а это очень маленький бюджет для того, чтобы разработать и продемонстрировать новую аэрокосмическую технологию, к тому же мне следовало закончить к январю 1994 года. Это было достаточно рискованно – в «Мартин Мариетта» 47 тысяч долларов обычно платят за презентацию с парой десятков слайдов. Однако я твердо верил в то, что технология проста и что проект, кажущийся нереализуемым при имеющемся бюджете и сроках, в принципе осуществим. После долгих обсуждений с руководством я принял вызов. В октябре 1993 года «Мартин Мариетта» заключила контракт на выполнение работы, Дэвид Каплан возглавил программу, Стив Прайс был назначен руководителем проекта со стороны «Мартин Мариетта», а я выступал в качестве главного исследователя и ведущего инженера.

Конструкция системы была разработана в октябре 1993 года, и большую часть ноября мы ждали, пока нам пришлют детали. К концу месяца мы получили все необходимые компоненты и принялись за строительство завода в натуральную величину согласно требованиям миссии по доставке марсианского грунта.

Реактор Сабатье создали с нуля, заполнив металлическую трубу 36 сантиметров в длину и 5 сантиметров в диаметре рутениевым катализатором, полученным от некой компании, поставляющей химическое сырье. (Позже выяснилось, что мы взяли его в десять раз больше по объему, чем требовалось для системы, но мы были стеснены жесткими сроками, которые не позволяли нам делать что-либо дважды. Поэтому проектирование с запасом показалось нам хорошим вариантом.) Электролизер, имевший длину всего в 25 сантиметров и весивший 3 килограмма вместе с водой, был взят из устройства для производства водорода в лаборатории «Паккард Инструмент». Мы также добыли нихромовые нагреватели, чтобы довести реактор Сабатье до рабочей температуры (в дальнейшем тепло, выделяемое в ходе химических реакций, должно было поддерживать его горячим без использования электричества). Наконец, мы построили систему конденсации, чтобы отделять произведенный метан от произведенной воды, а затем испытали всю систему, включая датчики давления и температуры и измерители расхода газа, установленные в стратегических точках и подключенные к компьютеру. К середине декабря система была завершена и готова к работе.