На Луне есть много кислорода и минералов, которые необходимы для любой космической цивилизации. Проблема в том, что они заперты внутри реголита. Разделение этих двух ресурсов обеспечит огромное количество критически важных ресурсов, но их разделение является огромной проблемой.
Реголит Луны доходит до глубины от 2 метров до 20 метров 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 ударами фрагментов коры. 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 исследовали и изучали использование ресурсов In situ (ISRU) в течение многих лет, пытаясь найти метод отделения кислорода от других элементов, чтобы использовать этот метод. Как правило, это требует много энергии, что является значительным барьером.
Новое исследование, поддержанное Европейским космическим агентством, описывает метод извлечения кислорода, который не требует так много 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 технологиям и партнерству, в которой используются передовые научные исследования для космических миссий.
«Это исследование обеспечивает подтверждение концепции, что мы можем извлекать и использовать весь кислород из лунного реголита, оставляя потенциально полезный металлический побочный 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 реголита проводилась с использованием метода, называемого электролизом расплавленной соли», - сказал Ломакс. «Это первый пример прямой порошковой обработки твердого аналога лунного реголита, который может извлечь практически весь кислород. Прошлые альтернативные методы извлечения лунного кислорода позволяли получить значительно более низкие выходы кислорода или требовали плавления реголита при экстремальных температурах, превышающих 1600° С».
Этот метод использует расплавленную соль хлорида кальция в качестве электролита. Имитируемый реголит помещается в сетчатую корзину и нагревается до 950° С. При этой температуре реголит остается твердым. Затем подается ток, а кислород извлекается и собирается на аноде.
(На фото слева аналог реголита, справа он же без кислорода - сплошной металл)
Этот метод извлек 96% кислорода за 50 часов. Но всего за 15 часов удалось извлечь 75%. Поскольку в лунном реголите так много кислорода, эти результаты выглядят многообещающими.
Компания Metalysis разработала 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 промышленный 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 работ по составлению карт и исследованию ресурсов Луны.
Джеймс Карпентер, руководитель ESA по лунной стратегии, сказал: «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 на Луне будет находиться база.
С многоразовыми ракетами, разработанными такими компаниями, как SpaceX, стоимость транспортировки грузов с Земли снизилась, но она все равно еще большая. Транспортировка одного килограмма на Луну может стоить десятки тысяч долларов. Эта стоимость означает, что любые реалистичные планы относительно форпоста или колонии на Луне грозит огромными финансовыми тратами.
Без способа добывать ресурсы для топлива и строительства, а также без источника кислорода на Луне, кажется маловероятным, что люди смогут застолбить там какое-либо присутствие. Подобные технологические достижения будут играть огромную роль в будущем освоении космоса.