اکتشافات فضایی همیشه با یک چالش بزرگ روبرو بوده‌اند و آن، به دست آوردن منابع ضروری برای تداوم حیات فراتر از زمین است. آب در خط مقدم این منابع مورد نیاز قرار دارد که یک دارایی گرانبها و حیاتی برای بقای انسان در کیهان است.

در حالی که آژانس‌های فضایی و دانشمندان به جستجوی خود برای استفاده از این منابع در محل ماموریت ادامه می‌دهند، یک ایده مبتکرانه موسوم به « استخراج حرارتی یخ‌ها در اجرام سرد منظومه شمسی» خلق شده است.

این مفهوم که توسط جورج ساورس(George Sowers)، کارشناس منابع فضایی و استاد مهندسی مکانیک در دانشکده معادن کلرادو(CSM) پیشنهاد شده است، می‌تواند با استفاده از نیروی خورشید، مقادیر زیادی آب را از اجرام آسمانی فراهم کند.

این مفهوم به ‌طور شگفت‌انگیزی ساده و در عین حال انقلابی است و به استفاده از ذره‌بین برای هدایت نور خورشید به یک نقطه خاص، همانطور که کودکان انجام می‌دهند، می‌ماند.

تصور کنید یک قطعه یخ دارید. اگر آن را در خلاء قرار دهید، به دلیل عدم وجود هر مولکولی در فضای خلاء که گرما به تدریج را از یخ دور کند، مستقیماً از حالت جامد بدون طی کردن مرحله ذوب، تصعید و به گاز تبدیل می‌شود.

اما اگر بتوانید با یک آینه غول پیکر نور خورشید را روی یخ متمرکز کنید، گرمای نور خورشید می‌تواند باعث شود که یخ حتی سریع‌تر تصعید شود. سپس بخار آب تولید شده توسط یخ تصعید شده را می‌توان جذب کرد و به آب مایع تبدیل کرد.

معماری پایه این مفهوم، ساده و متشکل از چند جزء اصلی است که شامل یک آینه بزرگ یا خورپا(heliostat) که نور خورشید را هدایت می‌کند، یک چادر غول‌پیکر که آب تصعید شده را به دام می‌اندازد و یک سیستم انتقال سرد که آب را هنگام فرار از سطح جذب می‌کند، می‌شود.

خورپا ابزاری مجهز به ساعت‌ران است که همواره جهت خورشید را در آسمان دنبال می‌کند که به آن آفتاب‌یاب هم گفته‌اند. خورپا وسیله‌ای است شامل یک آینه که بر روی پایه‌ای سوار شده ‌است و با دنبال کردن حرکت ظاهری خورشید در آسمان، همواره انعکاس تابش آفتاب را بر روی هدفی مشخص در طول روز ثابت نگه می‌دارد.

از این وسیله معمولاً در نیروگاه‌های خورشیدی به منظور تعقیب خورشید در آسمان استفاده می‌کنند و معمولاً پایه این دستگاه مجهز به دو موتور برای حرکت دادن آینه در دو جهت دورانی عمود بر یکدیگر است که توسط یک مدار کنترلی به صورت خودکار هدایت می‌شوند.

ابتکار امیدوار کننده برای استخراج آب در ماه و مریخ

در حالی که مفهوم « استخراج حرارتی» دارای پتانسیل برای اجرام آسمانی مختلف مانند مریخ، سرس و سیارک‌هاست، این ماه است که به عنوان امیدوارکننده‌ترین مکان برای استخراج آب ظاهر می‌شود.

اعتقاد بر این است که مناطق سایه‌دار دائمی(PSR) در کره ماه حاوی مقادیر زیادی آب هستند که آن را به مکانی ایده‌آل برای شروع استفاده از منابع بشری در فضا تبدیل می‌کند.

از مزایای ماه نسبت به سایر اجرام آسمانی می‌توان به گرانش قابل کنترل آن، امکان استفاده از کاوشگرهای استاندارد برای حمل و نقل یخ و عدم وجود جوی که ممکن است مانع انتقال انرژی حرارتی خورشیدی شود، اشاره کرد.

علاوه بر این، نزدیکی ماه به زمین، آن را به یک هدف اغوا کننده برای مأموریت‌های اکتشاف و بهره‌برداری از منابع با استفاده از تکنیک استخراج حرارتی تبدیل می‌کند.

چالش‌ها و مسیر پیش رو

همانند هر مفهوم پیشگامانه دیگری، استخراج حرارتی نیز چالش‌هایی دارد که باید قبل از اینکه به واقعیت تبدیل شود، به آنها پرداخته شود.

دکتر ساورس و گروهش در طول آزمایش اثبات مفهوم ایده خود با دو مشکل قابل توجه مواجه شدند. اولین چالش مربوط به راه‌اندازی این سیستم بود، چرا که سیستم خنک کننده نیتروژن مایع بیشتر گرمای مورد نظر را جذب می‌کرد که بر نیاز به ساخت یک محفظه آزمایش بزرگتر برای کاهش اثر تاکید می‌کرد.

دومین چالش که پیچیده‌تر نیز بود، مربوط به تشکیل یک لایه خشک شده بر روی خاک مریخ موسوم به رگولیت در طول فرآیند تصعید است که به عنوان یک مانع حرارتی عمل می‌کند و مانع از فرار بخار آب از لایه‌های عمیق‌تر می‌شود.

با وجود این چالش‌ها، هنوز هم این ایده برای استخراج حرارتی در ماه، امیدوارکننده است.

تیم دکتر ساورس کل هزینه توسعه این سیستم برای عملیات استخراج در ماه و در مناطق سایه‌دار دائمی را تقریباً ۸۰۰ میلیون دلار برآورد می‌کند. در حالی که نرخ بازگشت هزینه، این پروژه را به ویژه با مشارکت مشتریان بالقوه از منابع تجاری گرفته تا آژانس‌های فضایی ملی مانند ناسا قابل اجرا می‌کند.

اگرچه این ایده هنوز در مرحله برنامه‌ریزی است، اما این فناوری ثبت شده آینده‌ای را نوید می‌دهد که در آن انسانها می‌توانند آب و سایر منابع را از ماه و فراتر از آن استخراج کنند.