Учёные предложили новый способ получения кислорода на Марсе с помощью солнечной энергии

Ледяные шапки Марса и вечно затененные кратеры Луны могут стать не просто источником воды, но и ключом к автономной колонизации. Новое исследование, проведенное группой физиков и инженеров, ставит под сомнение эффективность традиционных систем жизнеобеспечения, используемых на Международной космической станции, и предлагает альтернативу, способную кардинально изменить логистику дальних космических полетов. В центре внимания — фотоэлектрохимические (PEC) генераторы, которые обещают добывать кислород буквально из солнечного света и местного водяного льда.

Энергетический аппетит МКС против автономности будущего

Сравнение, проведенное специалистами, выявило фундаментальный недостаток классических электролизеров. Установки, аналогичные тем, что работают на МКС, потребляют около 1,5 кВт электроэнергии — это почти треть от общего бюджета мощности всей системы управления жизнеобеспечением станции (4,7 кВт). Энергия здесь тратится на принудительный пропуск тока через воду, что создает серьезную нагрузку на солнечные батареи и аккумуляторы корабля. В отличие от них, PEC-системы используют полупроводниковые фотокатоды и аноды, погруженные в водный электролит. При попадании солнечного света на эти материалы происходит прямая конверсия фотонов в химическую энергию, расщепляющую молекулу H₂O на водород и газообразный кислород. Такой подход исключает необходимость в промежуточном преобразовании энергии и, следовательно, в массивных блоках питания и силовой электронике.

Почему «сделано на месте» выгоднее, чем «доставлено с Земли»

Ключевой вывод исследования касается не только эффективности, но и надежности. PEC-устройства, лишенные движущихся частей и сложных электрических цепей, потенциально менее подвержены поломкам в условиях вибраций при старте, перепадов температур и микрогравитации. Однако ученые подчеркивают: текущая эффективность преобразования энергии у PEC-ячеек пока недостаточна для масштабного обеспечения целой базы. Технология требует серьезной миниатюризации и повышения КПД. Тем не менее, перспектива использования местных ресурсов (In-Situ Resource Utilization или ISRU) перевешивает временные технические трудности. Каждый килограмм груза, выведенный на орбиту, обходится в десятки тысяч долларов. Логистика дальних миссий требует обратного: брать с собой только катализаторы и полупроводниковые пластины, а воду и строительные материалы добывать на месте. В отчете прямо указывается, что «в конструкции устройства можно использовать различные полупроводники и материалы для электрокатализаторов, которые доступны на Луне и Марсе». Это открывает путь к сборке генераторов прямо на поверхности другой планеты, исключая этап дорогостоящей транспортировки готовых блоков. В последние годы космические агентства активно изучают возможность добычи водяного льда в полярных регионах Луны и марсианских залежах. Именно этот лед станет сырьем для PEC-генераторов. Технология, изначально разрабатывавшаяся для «зеленой» энергетики на Земле, неожиданно становится ключевым звеном в стратегии освоения Солнечной системы. Если инженерам удастся решить проблему масштабирования и низкой эффективности, первые колонисты смогут получить кислород не из привезенных с Земли баллонов, а из марсианского грунта и лунного света.