Gleba wykopana z Księżyca może być wykorzystana do wytwarzania tlenu i metanu, które mogą być używane przez osadników księżycowych do oddychania i paliwa rakietowego.
Jest to wniosek zespołu naukowców z Chin, którzy znaleźli jednoetapową metodę robienia tego wszystkiego. To, czy jest to opłacalne ekonomicznie, jest jednak przedmiotem debaty.
Ale chiński zespół uważa, że tak jest. „Największą niespodzianką dla nas był namacalny sukces tego zintegrowanego podejścia”-powiedział członek zespołu Lu Wang, który jest chemikiem z chińskiego uniwersytetu w Hongkongu, w a oświadczenie. „Jednostopniowa integracja ekstrakcji wody księżycowej i fototermicznej katalizy dwutlenku węgla może zwiększyć wydajność wykorzystania energii i zmniejszyć koszt i złożoność rozwoju infrastruktury”.
Wskazują, że badania wykazały, że transport dostaw z Ziemia do każdej przyszłości księżyc Baza byłaby droga, ponieważ im większa masa ładunku, tym trudniejsza rakieta musi działać, aby wystrzelić w kosmos. Badania wykazały, że przeniesienie zaledwie jednego galonu wody z Ziemi na Księżyc kosztowałoby 83 000 USD, a jednak każdy astronauta będzie piić 4 galony wody dziennie.
Na szczęście księżyc ma obfitą wodę, chociaż nie jest automatycznie widoczny. Przyniesione na księżyc dzięki skutkom kometyW asteroidy i mikrometeoroidy, a nawet przez Wiatr słonecznyWoda czai się trwale zacienione kratery na słupach księżycowychuwięzione w minerałach, takich jak ilmenit.
Wyodrębnienie wody do picia jest stosunkowo łatwe i istnieje wiele technologii opisujących, w jaki sposób można to zrobić, w tym podgrzewanie regolitu poprzez skupienie na nim światła słonecznego. Jednak chiński zespół był w stanie pójść o krok dalej.
„To, co jest tutaj nowe, to zastosowanie gleby księżycowej jako katalizatora do pękania cząsteczek dwutlenku węgla i łączenia ich z ekstrahowaną wodą do produkcji metanu” – powiedział Space.com Philip Metzger, fizyk planetarny z University of Central Florida. Metzger nie był zaangażowany w nowe badania, ale jest współzałożycielem NASA Kennedy Space Center ‘Bagno działa„, laboratorium badawcze ds. Projektowania technologii budowlanych, produkcji i wydobywania na powierzchni planetarnych (i księżycowych).
Metan byłby bardziej pożądany niż płynny wodór jako potencjalne paliwo rakietowe, ponieważ łatwiej jest zachować stabilność, co wymaga mniejszej liczby maszyn i mniej kosztów utrzymania na Księżycu. Ciekła metan, po zmieszaniu z tlenem jako utleniaczem, jest silnym paliwem rakietowym. Wiele firm komercyjnych, takich jak przestrzeń ziemi w Chinach uruchamianie rakiet napędzanych metanami.
Ilmenit zawierający wodę jest również użytecznym katalizatorem reakcji wody z dwutlenkiem węgla w celu wytworzenia tlenu i metanu, a chiński zespół opracował do tego jednoetapowy proces. Po pierwsze, podgrzewają Regolith do 392 stopni Fahrenheita (200 stopni Celsjusza), skupiając światło słoneczne, aby uwolnić wodę w środku. Następnie do mieszanki dodaje się dwutlenek węgla, taki jak ten, który może oddychać przez astronautów, powodując, że ilmenit katalizuje reakcję między ekstrahowaną wodą a dwutlenek węgla. Naukowcy przetestowali ten proces, znany jako kataliza fototermiczna, w laboratorium przy użyciu symulacji opartej na próbkach księżycowej regolitu powróconego na Ziemię przez Chiny Chang’e 5 Misja (próbki księżycowe są zdecydowanie zbyt wcześniej, aby zniszczyć w takich eksperymentach, dlatego zamiast tego używany jest symulator).
Chociaż poprzednie technologie były również w stanie to osiągnąć, wymagały więcej kroków i więcej maszyn i wykorzystali katalizator, który musiałby zostać przetransportowany z Ziemi. Uważa to, że zespół badawczy sprawia, że ich proces jest bardziej wydajny i tańszy niż alternatywy.
Jednak Metzger nie jest całkowicie przekonany, że zadziała. Po pierwsze, Lunar Regolith jest biegłym izolatorem termicznym, więc podgrzewanie próbki przez całą drogę nie byłoby łatwe.
„Ciepło nie rozprzestrzenia się skutecznie głębiej w glebę, co znacznie zmniejsza ilość wody, którą można wytwarzać w danym czasie” – powiedział Metzger. Jedną z opcji może być „upadek” regolitu, odwracając go wielokrotnie, aby ciepło było bardziej równomiernie stosowane, ale spowalnia to ekstrakcję wody i zwiększa mechaniczną złożoność procesu. W środowisku, w którym pył księżycowy wchodzi w każdy zakątek, a fluktuacje temperatury między nocą a dniem mogą być tak duże jak 482 stopni Fahrenheita (250 Celsjusza), ryzyko awarii wzrasta tylko, gdy więcej ruchomych części wchodzi do równania.
„Może to być wykonalne, ale potrzebne jest dalsze dojrzewanie technologii, aby pokazać, że jest faktycznie konkurencyjna” – powiedział Metzger.
Istnieje również problem z zastosowaniem dwutlenku węgla, czymś rozpoznanym zarówno przez chiński zespół, jak i Metzger. W szczególności istnieje znak zapytania o to, czy astronauci mogą wytwarzać wystarczającą ilość dwutlenku węgla poprzez normalny wydech. Metzger oblicza, że astronauci mogli zapewnić tylko jedną dziesiątą wymaganego dwutlenku węgla. Alternatywnie, dwutlenek węgla można było przenieść z Ziemi, ale wolałoby to raczej pokonać cel proponowanej techniki, która polegała na opracowaniu sporady sposobów uzyskania wody, tlenu i metanu z zasobami w dużej mierze już dostępnymi na Księżycu.
Jednak w dłuższej perspektywie być może wysyłka niektórych materiałów z Ziemi będzie korzystne. Metzger wskazuje podobny eksperyment, w którym zastosowano egzotyczny granulowany katalizator-nikiel-na-kulguhr (Kieselguhr jest rodzajem skały osadowej)-a nie księżycowej regolith. Metzger podejrzewa, że materiał zaprojektowany specjalnie jako katalizator, taki jak nikiel-na-kieselguhr, byłby bardziej wydajny niż Lunar Regolith. Poza tym, chociaż transport z Ziemi byłoby drogie, nikiel-na-kieselguhr można ponownie wykorzystać, abyś musiał przenieść go tylko raz na Księżyc. W analizie kosztów i korzyści w perspektywie długoterminowej może być bardziej wydajne.
Niezależnie od tego, zespół badawczy przekonująco wykazał, że użycie księżycowego Regolith jako katalizatora do wytwarzania prac paliwowych i wodnych. Kolejnym krokiem jest pokazanie, że technologię można skalować, aby utrzymać podstawę na Księżycu bardziej wydajnie niż inne techniki, i że może działać w księżycowych warunkach, w których grawitacja jest słabsza, temperatura zmienia się do dużych ekstremów, a intensywne promieniowanie z przestrzeni.
„Myślę, że są to bardzo interesujące wyniki i mogą istnieć dodatkowe zastosowania, aby wykorzystać glebę księżycową jako fotokatalizator” – powiedział Metzger. „Potrzebne będzie więcej pracy, aby pokazać, czy ta koncepcja może być ekonomicznie konkurencyjna. Jestem sceptyczny, ale wszystkie dobre pomysły mają ich krytyków i nigdy tak naprawdę nie możesz wiedzieć, dopóki ktoś nie wykonuje pracy, aby to udowodnić”.
Z pewnością nie ma natychmiastowego pośpiechu w technologii. Z NASA Artemis 3 Misja, której celem jest w końcu przywrócenie astronautów na powierzchnię Księżyca w 2027 r. Udostępnione finansowanie Dla Artemis IV i V w pewnym nieokreślonym czasie w przyszłości nie jesteśmy jeszcze w stanie zbudować stałej bazy księżycowej.
Jednak misje Artemis są idealną okazją do przetestowania niektórych z tych technologii i będą bardzo ważne dla pokazania, czy naprawdę możemy żyć na Księżycu, czy nie.
Badania zostały opublikowane 16 lipca w czasopiśmie Dżul.
