ВОПРОС О ПРИМЕНЕНИИ СПУСКАЕМОГО МОДУЛЯ СО ВСТРОЕННЫМ 3Д ПРИНТЕРОМ

АННОТАЦИЯ

В работе рассматривается применение перспективного спускаемого модуля с 3Д принтером для колонизации Марса, так же был предложен технологический процесс получения рабочего тела для 3Д принтера.

Ключевые слова: спускаемый модуль; 3Д принтер; Марс; колонизация.

Строительство базы на «красной» планете предполагает использование 3D-принтера. Смесь местного марсианского грунта (реголита) и полиэтилена послужит рабочим телом для печатающего принтера, который будет находится внутри спускаемого модуля. Сбор необходимого грунта будет осуществляться с помощью робота-марсохода. Продукты реакции (кислород и вода) в процессе производства полиэтилена будут собираться в резервуары для последующего использования экипажем.

Актуальные на данный момент РН сверхтяжелого класса, способные осуществить отправку модуля на низкую околоземную орбиту – «Starship» и «Ангара-А5В» (рис.1).

Рисунок 1. Ракеты-носители «Starship» и «Ангара-А5В»

Спускаемый модуль будет содержать: двигательную установку; теплозащитный экран; ровер; систему управления; отсек для экипажа с системой жизнеобеспечения (применение в случае чрезвычайной ситуации); емкость для засыпки марсианского грунта; печь для нагрева марсианского грунта и извлечения водяных паров; емкость для хранения воды; емкость для электролиза воды; емкость для хранения кислорода; емкость для хранения водорода; устройство для «улавливания» углекислого газа из атмосферы Марса; емкость с медным катализатором для получения оксида углерода и воды; емкость с железным катализатором для получения этилена и воды; устройство для смешивания сухого грунта (реголита) и полиэтилена; 3Д принтер с двойным экструдером; 3 установки на киловатт. Структурная схема представлена на рисунке 2, а концептуальная модель спускаемого модуля представлена на рисунке 3.

Рисунок 2. Структурная схема спускаемого модуля

Рисунок 3. Концептуальная модель спускаемого модуля

Марсоход в автономном режиме добывает марсианский грунт и осуществляет доставку к спускаемому модулю. Материал для строительства жилья состоит из сухого реголита и полиэтилена, которая смешивается в специальном миксере. Внутри миксера поддерживается постоянная температура в 130^о С. Для получения этого материала производятся следующие операции:

- Первым этапом является засыпка добытого марсианского грунта, содержащего частицы льда;

- Нагревание этого грунта для получения воды путем её испарения с помощью специальной печи, которая хранится в специальной емкости для дальнейшего использования.

- Эта вода подвергается электролизу для выделения водорода H₂. Кислород O₂ может храниться в спускаемом модуле для системы жизнеобеспечения, либо для заправки баллонов с кислородом в жилищах:

- Н₂ объединяется с СО₂ (из атмосферы Марса) на медном катализаторе для получения СО и большого количества воды. 

- Вода поступает в хранилище, а СО гидрируется на железном катализаторе для получения этилена и воды. 

- Вода также поступает в емкость для хранения, а этилен полимеризуется для производства полиэтилена. Остатки реголита, полученные в результате этого процесса, поступают в емкость для смешивания с полиэтиленом.

Сырой полиэтилен используется именно в качестве рабочего тела для 3Д принтера. Смесь из полиэтилена и реголита поступает в экструдер для печати, где расплавляется до пастообразного состояния. Жилые модули печатаются внутри спускаемого модуля, в котором находится 3Д принтер. Использование спускаемого модуля позволяет печатать дома без воздействия внешних факторов (пыльных бурь и низких температур). Жилые модули имеют двойную оболочку: наружная оболочка состоит из марсианского бетона (смеси сухого грунта (реголита) и полиэтилена) и армирующих элементов, а внутренняя – из полиэтилена. Применение такой смеси и конструкции позволяет защитить экипаж от ионизирующего излучения, а внутренняя оболочка из полиэтилена делает конструкцию прочной и защищает от температурного расширения внешней оболочки.

Каждые модули жилища соединяются между собой коридорами, которые печатаются при помощи 3Д принтера. С высоты совокупность этих жилых модулей напоминает форму пчелиных сот. Такая планировка позволит отделить жилые и рабочие зоны, что сделает пребывание на «красной» планете наиболее комфортной.

Список литературы:

1. Дэвид Редьярд Уильямс, Mars Fact Sheet: Национальный центр космических наук, НАСА.
2. https://lenta.ru/news/2008/08/01/water
3. Пилотируемая экспедиция на Марс / Под ред. А. С. Коротеева. — М.: Российская академия космонавтики им. К. Э. Циолковского, 2006. — С. 216—234. — 320 с.
4. Бурба Г. А., Номенклатура деталей рельефа Марса / Отв. ред. К. П. Флоренский и Ю. Н. Ефремов. — М.: Наука, 1981. — 88 с.