هناك تناقض هادئ في استكشاف الفضاء. كلما سافرت البشرية بعيدًا عن الأرض، زادت وزن كل مهمة. يجب رفع كل كيلوغرام من الوقود من جاذبية الكوكب، ونقله عبر الفراغ، وتوزيعه بعناية على طول الطريق. لقد شكلت هذه الحقيقة تصميم المهام ومدى قدرة المركبات الفضائية على الذهاب بعيدًا لعقود.
لكن ماذا لو لم يكن من الضروري أن يغادر الوقود للرحلات المستقبلية الأرض على الإطلاق؟
لقد تخيل العلماء والمهندسون منذ فترة طويلة نهجًا مختلفًا - حيث تعيد المركبات الفضائية التزود بالوقود باستخدام الموارد التي تنتظر بالفعل في الفضاء. ومن بين أكثر هذه الموارد وعدًا هو شيء مألوف بشكل مدهش: جليد الماء.
في الفوهات المظللة بشكل دائم في المناطق القطبية للقمر، يعتقد الباحثون أن هناك رواسب شاسعة من الماء المجمد قد توجد، محفوظة في الظلام حيث نادرًا ما تصل أشعة الشمس. على مدار سنوات، اقترحت ملاحظات المركبات الفضائية والبعثات القمرية أن هذا الجليد قد يدعم يومًا ما الاستكشاف بعيدًا عن القمر نفسه.
الآن، تعمل ناسا وشركاؤها على اختبار تقنيات يمكن أن تحول هذا الجليد إلى وقود صواريخ.
يعتمد المفهوم على مبدأ كيميائي بسيط. يتكون الماء من الهيدروجين والأكسجين - عنصران، عند فصلهما وتسييله، يشكلان أحد أكثر وقود الصواريخ كفاءة المعروفة. تستخدم العديد من الصواريخ بالفعل الهيدروجين السائل والأكسجين السائل كوقود.
التحدي لا يكمن في الكيمياء، بل في البيئة.
يتطلب استخراج الجليد من التربة القمرية أنظمة قادرة على العمل في درجات حرارة شديدة البرودة وجاذبية منخفضة. يجب على المهندسين تصميم آلات يمكنها الحفر، والتسخين، ومعالجة المواد المجمدة مع استهلاك أقل قدر ممكن من الطاقة. بمجرد استخراج الماء، يجب تنقيته ثم فصله إلى هيدروجين وأكسجين باستخدام عملية تعرف باسم التحليل الكهربائي.
من هناك، يجب تبريد الغازات وتخزينها كوقود سائل.
بدأت ناسا في اختبار تقنيات يمكن أن تؤدي هذه الخطوات في الفضاء أو على سطح القمر. تتضمن بعض الأعمال أدوات حفر متخصصة وأنظمة استخراج مصممة لجمع التربة الجليدية. تركز تجارب أخرى على وحدات معالجة مدمجة قادرة على تحويل الماء إلى وقود قابل للاستخدام.
تُوصف الفكرة الأوسع غالبًا بأنها استخدام الموارد في الموقع، أو ISRU - استخدام المواد الموجودة في الوجهة بدلاً من نقل كل شيء من الأرض.
إذا نجحت، يمكن أن تعيد هذه التقنية تشكيل لوجستيات البعثات القمرية.
قد تصل هبوطات القمر المستقبلية إلى القمر حاملةً فقط ما يكفي من الوقود لنزولها الأولي. بعد الهبوط، يمكنها إعادة التزود بالوقود باستخدام الوقود المنتج من الجليد المستخرج محليًا. قد يشغل هذا الوقود بعد ذلك رحلات العودة إلى مدار القمر أو يدعم بعثات إضافية عبر سطح القمر.
على المدى الطويل، يتخيل بعض الباحثين شبكة من محطات إعادة التزود بالوقود في الفضاء.
يمكن لمركبة فضائية تسافر أعمق في النظام الشمسي أن تتوقف بالقرب من القمر لتجديد خزانات الوقود الخاصة بها، تمامًا كما يتوقف مركبة عند محطة وقود قبل مواصلة رحلة طويلة. من خلال تقليل الحاجة إلى إطلاق كميات كبيرة من الوقود من الأرض، يمكن أن تجعل هذه الأنظمة بعثات الفضاء العميق أكثر كفاءة وأقل تكلفة.
لقد جذبت الفكرة اهتمامًا متزايدًا مع استعداد ناسا لمهام مستقبلية في إطار برنامج أرتيميس، الذي يهدف إلى إعادة رواد الفضاء إلى القمر وإقامة وجود أكثر استدامة هناك.
يعد اختبار هذه التقنيات على الأرض وفي الفضاء عملية تدريجية. يجب على المهندسين إثبات أن أنظمة الاستخراج تعمل بشكل موثوق، وأن معدات التحليل الكهربائي يمكن أن تعمل في بيئات قاسية، وأن الوقود المخزن يبقى مستقرًا على مدى فترات طويلة.
كل خطوة تقرب الباحثين من الإجابة على سؤال ظل قائمًا منذ الأيام الأولى لاستكشاف القمر: هل يمكن أن يساعد القمر في تغذية توسع البشرية في النظام الشمسي؟
في الوقت الحالي، تظل تجارب ناسا جزءًا من تلك الجهود الأكبر لفهم كيف يمكن أن تعتمد مهام الفضاء أقل على الإمدادات من الأرض وأكثر على الموارد المنتشرة بالفعل عبر الكون.
في السنوات القادمة، ستستمر البعثات القادمة وعروض التكنولوجيا في استكشاف ما إذا كان يمكن أن يصبح الجليد القمري حقًا مصدرًا للوقود. إذا أثبت المفهوم عمليته، فقد يساعد الماء المجمد المخفي في الفوهات المظللة في النهاية في تشغيل الهبوطات، والمركبات الفضائية، وربما حتى الجيل التالي من الرحلات ما وراء القمر.