На Луне много кислорода и минералов, которые необходимы любой космической цивилизации. Проблема в том, что они вместе заперты в реголите. Разделение этих двух ресурсов обеспечит огромное количество критически важных ресурсов, но разделение их является сложной задачей.
Реголит Луны варьируется от 2 метров (6,5 футов) в глубине кобыл до 20 метров (65 футов) в высокогорных районах. В отличие от Земли, где поверхность формируется и строится как биологическими, так и геологическими процессами, реголит Луны в основном состоит из измельченных взорванных фрагментов коры, вызванных ударами. Кислород и минералы заключены в минеральных оксидах и в стеклообразных частицах, созданных в результате удара.
Кислород является наиболее распространенным элементом в реголите Луны, составляя 40-45% от веса реголита. Ученые изучали использование ресурсов In situ (ISRU) в течение многих лет, пытаясь найти метод отделения кислорода от других элементов, чтобы использовать оба. Как правило, для этого требуется много энергии, что является существенным барьером.
Новое исследование, поддержанное Европейским космическим агентством, обрисовывает в общих чертах метод извлечения кислорода, который не требует такого большого количества энергии.
«Этот кислород является чрезвычайно ценным ресурсом, но он химически связан с материалом в виде оксидов в форме минералов или стекла и поэтому недоступен для немедленного использования», - объясняет исследователь Бет Ломакс из Университета Глазго, чья кандидатская работа поддерживаются в рамках Инициативы ESA по сетевым технологиям и партнерству, в которой используются передовые научные исследования для космических приложений.
«Это исследование обеспечивает подтверждение концепции, что мы можем извлекать и использовать весь кислород из лунного реголита, оставляя потенциально полезный побочный металлический продукт», - сказал Ломакс в пресс-релизе.
Метод извлечения основан на электролизе, о чем большинство из нас узнает в старшей школе. Но этот метод использует расплавленную соль в качестве электролита.
«Обработка проводилась с использованием метода, называемого электролизом расплавленной соли», - сказал Ломакс. «Это первый пример прямой порошковой обработки твердого имитатора лунного реголита, который может извлечь практически весь кислород. Альтернативные методы извлечения лунного кислорода достигают значительно более низких выходов или требуют плавления реголита при экстремальных температурах более 1600 ° С »
Этот метод использует расплавленную соль хлорида кальция в качестве электролита. Имитированный реголит помещается в сетчатую корзину и нагревается до 950 C (1740 F.). При этой температуре реголит остается твердым. Затем подается ток, и кислород извлекается и собирается на аноде. Другие методы извлечения требуют нагревания всего до 1600 C (2900 F), что требует огромного увеличения энергии.
Этот метод извлек 96% кислорода за 50 часов. Но всего за 15 часов удалось извлечь 75%. Поскольку кислорода в лунном реголите так много, эти результаты выглядят многообещающими.
«Эта работа основана на процессе FCC - от первоначальных изобретателей из Кембриджа - который был расширен британской компанией Metalysis для коммерческого производства металлов и сплавов», - сказал Ломакс.
Metalysis разработал метод электролиза расплавленной соли именно потому, что он менее энергоемкий. Разделяемый материал не обязательно должен быть жидким, поэтому требуется меньше энергии. Они также утверждают, что их система не производит токсичных побочных продуктов.
«Мы работаем с Metalysis и ESA, чтобы перевести этот производственный процесс в лунный контекст, и результаты пока очень многообещающие», - отмечает Марк Саймс, научный руководитель Beth в Университете Глазго.
Доступность различных минералов меняется в зависимости от местоположения на Луне. Существует много работы, посвященной картированию и исследованию ресурсов Луны.
Джеймс Карпентер, офицер ESA по лунной стратегии, комментирует: «Этот процесс предоставит лунным поселенцам доступ к кислороду для топлива и жизнеобеспечения, а также к широкому спектру металлических сплавов для производства на месте - точное доступное сырье будет зависеть от того, где находится Луна приземляется.
С помощью многоразовых ракет, разработанных такими компаниями, как SpaceX, стоимость транспортировки материала из гравитационного колодца Земли снизилась. Но это все еще дорого. Транспортировка одного килограмма на Луну может стоить десятки тысяч долларов. Эта стоимость означает, что любые реалистичные планы относительно форпоста или колонии на Луне будут огромными финансовыми потерями.
Без возможности добывать ресурсы для топлива и строительства, а также без источника кислорода на Луне, кажется маловероятным, что люди смогут установить там какое-либо присутствие. Подобные технологические достижения будут играть огромную роль в будущем освоении космоса.
Больше:
- Пресс-релиз: КИСЛОРОД И МЕТАЛЛ ИЗ ЛУННОГО РЕГОЛИТА
- Реферат: Доказательство жизнеспособности электрохимического процесса для одновременного извлечения кислорода и производства металлических сплавов из лунного реголита
- НАСА: использование ресурсов in situ
- Космический журнал: сбор ресурсов из солнечной системы. Использование ресурсов In situ
