火星上的资源能够支持人类探险吗

未来几十年，多个航天机构和私人公司计划在月球和火星上建立前哨基地。这些前哨基地将允许宇航员长期驻留、开展天体生物学研究，并促进未来的太阳系探索。然而，让宇航员长期远离地球工作也会带来一些严重的后勤挑战。

考虑到距离和成本，派遣补给任务既不切实际又昂贵。因此，依靠当地资源满足任务需求(又称就地资源利用(ISRU))才是关键。

ISRU在火星上尤为重要，因为补给任务可能需要六到九个月才能到达那里。幸运的是，火星拥有丰富的资源，可以收获并用于提供从氧气、推进剂、水、种植食物的土壤到建筑材料等一切东西。

在最近的一项研究中，柏林自由大学领导的团队评估了从火星表面几个之前发现的水合矿物矿床中开采资源的潜力。他们还估算了可以开采多少水和矿物以及如何利用它们。

该团队由柏林自由大学地质科学研究所行星科学与遥感小组的博士后研究员克里斯托夫·格罗斯(ChristophGross)领导。其他研究人员来自SETI研究所、美国宇航局艾姆斯研究中心、空间天体物理研究所和德国航空航天中心(DLR)空间系统研究所。

正如作者所指出的，美国宇航局和其他航天机构正在投资ISRU技术，以大幅减少为支持人类探索工作而必须送往月球或火星的总质量。

近年来，这促成了美国宇航局毅力号火星车上的火星氧气原位资源利用实验(MOXIE)等实验，该实验利用火星大气中的二氧化碳生产氧气。欧空局还在准备ISRU演示任务，以证明可以从月球上收获的水冰中生产水和氧气。

这些资源可用于生命支持系统，确保任务人员有可呼吸的空气和饮用水及灌溉用水。然而，它们也可用于动力和推进，为燃料电池或反应堆提供氢气，并结合使用以制造液氢(LH2)和液氧(LOX)推进剂。在火星上，如今那里的大部分水都集中在极地冰盖和永久冻土中，或者在水曾经在表面流动的水合矿物袋中。

为了进行研究，格罗斯和他的同事们专注于含水矿物地点，因为它们提供了直接从地表和低纬度提取水的潜力。但正如格罗斯通过电子邮件告诉《今日宇宙》的那样，这些矿床还具有超越水的潜在资源应用：

“火星上的水合矿物是迄今为止已知的火星上最大的水库(主要是硫酸盐和层状硅酸盐)。水可以相对容易地从硫酸盐中提取出来，正如论文中所述，这些矿物还可以用作食品生产的肥料。层状硅酸盐可以用作建筑材料，或者用于陶瓷等。水是最重要的资源，尤其是推进剂生产。由于距离地球的距离、重力等因素，这对火星来说可能更有趣。”

接下来，格罗斯和他的同事根据美国宇航局火星勘测轨道器(MRO)上的火星紧凑型侦察成像光谱仪(CRISM)获得的数据，评估了已发现水合矿物的不同地理位置。

其中包括MawrthVallis，一条通往火星北半球ChrysePlanitia平原的古老洪水河道，以及位于VallesMarineris北部的一个5公里(约3英里)深的盆地JuventaeChasma。

格罗斯说：“含有各种不同物质的地区可能会很有趣。”

“然后，基地必须交通便利(不在峡谷等)，并且靠近有趣的科学地点。我还支持在赤道地区建立基地的想法，那里的气温不会太冷。基地周围应该有足够的空间来开展后续任务。子午线平原是一个热门候选地。我们也将尝试限制那里的资源。”

格罗斯和他的同事还就如何开采这些资源提出了建议。据作者称，单水合硫酸盐和多水合硫酸盐的脱水在理论上是最好的方法，因为有几种方法可以相对直接、快速且节能地做到这一点。

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