СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВОДЫ ИЗ МАРСИАНСКОГО ВОДЯНОГО ЛЬДА Российский патент 2019 года по МПК C01B5/00 E21C51/00 E03B3/30 

Изобретение относится к сфере космических исследований и технологий и может быть использовано для извлечения воды из марсианского водяного льда с выполнением подповерхностных хранилищ воды, водоемов и т.п., а также для наземной экспериментальной отработки указанной технологии.

Из уровня техники известен способ извлечения адсорбированной и гидратной воды из марсианского грунта, при котором выполняют раскопку экскаватором и транспортировку ленточным конвейером марсианского грунта в помещение в виде геодезического купола, где посредством микроволнового воздействия из марсианского грунта извлекают воду, которую помещают в резервуар для хранения и последующего использования. Обезвоженный грунт удаляют с помощью системы конвейерных лент /WO 2013014606 А1; A01G 15/00; 31.01.2013/.

Извлечение адсорбированной и гидратной воды микроволновым воздействием внутри помещения из случайным образом собранного марсианского грунта ввиду применения завезенных земных технологий, не адаптированных к марсианским условиям и процессам, определяет низкую эффективность извлечения воды из марсианского грунта, в т.ч. и из содержащегося в марсианском грунте водяного льда.

Задачей изобретения является повышение эффективности извлечения воды из марсианского водяного льда.

Указанная задача решена за счет того, что в способе извлечения воды из марсианского водяного льда водяной лед собирают с марсианской поверхности, сезонно освободившейся от твердой двуокиси углерода, и помещают внутрь марсианской термокарстовой полости, затем полость закупоривают, после чего нагревают водяной лед, повышая давление водяного пара внутри полости.

Изобретение характеризуется следующей совокупностью существенных отличительных признаков: сбором водяного льда с марсианской поверхности, сезонно освободившейся от твердой двуокиси углерода; помещением водяного льда внутрь марсианской термокарстовой полости с последующим закупориванием полости и нагревом водяного льда с повышением давления водяного пара внутри полости.

Указанная совокупность существенных отличительных признаков позволяет повысить эффективность извлечения воды из марсианского водяного льда.

Использование заявленного способа целесообразно вблизи и на территории сезонно убывающих полярных шапок Марса. Полярные шапки Марса состоят преимущественно из твердой двуокиси углерода и немного из водяного льда, двуокись углерода полярных шапок сезонно переходит из твердого состояния в газообразное, оставляя на части марсианской поверхности водяной лед, что подтверждено данными спектроскопических исследований /Ротери Д. Планеты. - М.: ФАИР-ПРЕСС, 2005, стр. 113/. Сбор водяного льда с марсианской поверхности, сезонно освободившейся от твердой двуокиси углерода, обеспечивает извлечение воды именно из льда /хоть и с примесями пыли и грунта/, а не из адсорбированной и гидратной воды марсианского грунта, что повышает эффективность извлечения воды за счет простоты растапливания водяного льда.

Крупномасштабные фотографии поверхности Марса, сделанные с автоматических межпланетных станций "Маринер-6, 7 и 9", показывают, что одной из форм марсианского ландшафта является термокарст /Большая советская энциклопедия, третье издание, т. 15, стр. 409, столбец 1215/. Для термокарста характерно наличие термокарстовых полостей.

Термокарстовую полость используют для извлечения воды. Собранный с марсианской поверхности, например, механическим способом водяной лед помещают внутрь термокарстовой полости. При этом целесообразно использовать термокарстовую полость, имеющую естественное устье, которое закупоривают после помещения в полость льда. Поскольку полость через устье до закупоривания контактировала с марсианской атмосферой, начальное давление в ней соответствует атмосферному. Атмосферное давление у поверхности Марса в среднем составляет 0,6% от атмосферного давления у поверхности Земли. Под таким давлением вода закипает при температуре +2°С /Гурштейн А.А. Извечные тайны неба. - М.: Просвещение, 1984, стр. 256/. Лед в полости нагревают, при этом вода практически сразу переходит в водяной пар, повышая давление водяного пара внутри закупоренной полости.

С ростом давления температура кипения воды повышается, и вода откладывается в полости в жидком состоянии, что также повышает эффективность извлечения воды из марсианского водяного льда. При этом воду можно хранить в закупоренной термокарстовой полости.

Водяной пар внутри термокарстовой полости может быть заменен на жизнеобеспечивающую газовую среду с классическими параметрами: нормальное барометрическое давление 760±10 мм рт.ст., температура 18±3°С, содержание кислорода 20-24%, относительная влажность воздуха 35-50% /БСЭ, т. 13, стр. 234, столбец 689/. В этом случае может быть образован внутриполостной водоем, в который можно поместить, например, двоякодышащих рыб протоптеров /RU 2656928 С1; B64G 99/00; 11.08.2017; 07.06.2018/, водоросли и/или другие организмы.

Для нагревания водяного льда и поддержания требуемой температуры внутри полости может быть использована, например, ядерная энергетическая установка. Внутреннее освещение полости может, быть обеспечено ею же или электрическими источниками питания, которыми могут быть, например, солнечные батареи, электрические аккумуляторы, электрохимические генераторы, ядерные батареи и т.п. Марсианский грунт, расположенный над термокарстовой полостью, может защитить полость и водоем в ней от губительного воздействия космических лучей.

Изобретение осуществляют с помощью известных методов и средств.

Таким образом, сбор водяного льда с марсианской поверхности, сезонно освобождающейся от твердой двуокиси углерода, за счет естественного для Марса процесса перехода твердой двуокиси углерода полярных шапок в газообразное состояние, сопровождающегося отложением на марсианской поверхности содержащегося в полярных шапках водяного льда, благодаря возможности непосредственного сбора водяного льда, легко переводимого нагреванием в жидкую воду, позволяет повысить эффективность извлечения воды из марсианского водяного льда.

При этом помещение водяного льда внутрь марсианской термокарстовой полости с последующим закупориванием полости и нагревом водяного льда с повышением давления водяного пара внутри полости за счет быстрого накапливания в полости водяного пара при начальном давлении, соответствующем марсианскому атмосферному, и процессу сохранения воды в жидком состоянии при повышении давления водяного пара благодаря возрастанию температуры кипения воды, обусловленному повышением давления, позволяет легко извлекать воду из льда и сохранять ее в закупоренной полости в жидком состоянии, что также способствует повышению эффективности извлечения воды из марсианского водяного льда.

Изобретение относится к сфере космических исследований и технологий и может быть использовано для извлечения воды из марсианского водяного льда. Водяной лед собирают с марсианской поверхности, сезонно освободившейся от твердой двуокиси углерода, и помещают внутрь марсианской термокарстовой полости. Затем полость закупоривают и нагревают водяной лед, повышая давление водяного пара внутри полости. Изобретение позволяет повысить эффективность извлечения воды из марсианского водяного льда.

Способ извлечения воды из марсианского водяного льда, отличающийся тем, что водяной лед собирают с марсианской поверхности, сезонно освободившейся от твердой двуокиси углерода, и помещают внутрь марсианской термокарстовой полости, затем полость закупоривают, после чего нагревают водяной лед, повышая давление водяного пара внутри полости.