A Hold bőséges oxigénnel és ásványi anyagokkal rendelkezik, amelyek nélkülözhetetlenek minden űrben távozó civilizációhoz. A probléma az, hogy össze vannak zárva a regolitban. A kettő szétválasztása rengeteg kritikus erőforrást eredményez, de elválasztásuk csomós probléma.
A Hold regolitja a kanca régiókban 2 méter (6,5 láb) mélységtől a hegyvidéki térségek 20 méter (65 láb) mélységétől függ. A Földtől eltérően, ahol a felületet mind biológiai, mind geológiai folyamatok formálják és építik, a Hold regolitját nagyrészt a kéreg porlasztott, robbantott darabjai alkotják, amelyeket ütések okoznak. Az oxigén és az ásványi anyagok az ásványi oxidokban és az üveges részecskékben vannak rögzítve az ütések hője által.
Az oxigén a leggyakoribb elem a Hold regolitjában, amely a regolith 40-45% -át teszi ki. A tudósok évek óta tanulmányozzák az In situ Resource Utilization (ISRU) alkalmazást, és megpróbáltak egy módszert találni az oxigén elválasztására a többi elemtől, mindkettő felhasználása érdekében. Ez általában sok energiát igényel, ami jelentős akadályt jelent.
Az Európai Űrügynökség által támogatott új kutatás felvázolja az oxigén extrakció módszerét, amely nem igényel annyira energiát.
"Ez az oxigén rendkívül értékes erőforrás, de kémiailag megkötve van az anyagban oxidok formájában ásványi anyagok vagy üveg formájában, és ezért azonnali felhasználásra nem áll rendelkezésre" - magyarázza Beth Lomax a Glasgow-i Egyetem kutatója, akinek PhD munkája az ESA Hálózati és Partneri Kezdeményezésén keresztül támogatják, fejlett tudományos kutatást használva az űrkutatásokhoz.
"Ez a kutatás bizonyítja a koncepció megvalósítását, amely szerint az oxigént kinyerhetjük és felhasználhatjuk a holdi regolitból, és így potenciálisan hasznos fémes melléktermék maradhat" - mondta Lomax a sajtóközleményben.
Az extrakciós módszer az elektrolízisre támaszkodik, amiről a legtöbbünk középiskolában tanul. De ez a módszer elektrolitként olvadt sót használ.
"A feldolgozást olvadt sóelektrolízisnek nevezett módszerrel végeztük" - mondta Lomax. „Ez az első példa a szilárd holdi regolit utánzó modellanyag közvetlen feldolgozására, amely gyakorlatilag az összes oxigént kivonhatja. A holdi oxigén extrakció alternatív módszerei jelentősen alacsonyabb hozamot érnek el, vagy megkövetelik a regolith megolvasztását 1600 ° C feletti szélsőséges hőmérsékleten. ”
Ez a módszer elektrolitként olvadt kalcium-klorid sót használ. A szimulált regolitot egy hálókosárba helyezik, és mindet 950 ° C-ra hevítik. Ezen a hőmérsékleten a regolit szilárd marad. Ezután áramot vezetünk, az oxigént extraháljuk és anódon összegyűjtjük. Más extrakciós módszerek megkövetelik mindent melegítését 1600 ° C-ra (2900 F), az energia hatalmas növekedése szükséges.
Ez a módszer az oxigén 96% -át extrahálta 50 óra alatt. De mindössze 15 óra alatt 75% -ot sikerült kinyernie. Mivel az oxigén annyira bőséges a holdregulitban, ezek az eredmények ígéretesnek tűnnek.
"Ez a munka az FCC folyamatán alapul - a cambridge-i alapú feltalálók kezdőbetűitől kezdve -, amelyet egy Egyesült Királyságban a Metalysis nevű cég méretezte a kereskedelmi fém- és ötvözetgyártás céljából" - mondta Lomax.
A metalízis pontosan azért fejlesztette ki az olvadt sóelektrolízis módszert, mert kevésbé energiaigényes. Az elválasztandó anyagnak nem kell folyadéknak lennie, így kevesebb energiára van szükség. Azt is állítják, hogy rendszerük nem termel mérgező melléktermékeket.
„A Metalysis és az ESA-val együttműködve átalakítjuk ezt az ipari folyamatot a holdi környezetbe, és az eddig elért eredmények nagyon ígéretesek” - jegyzi meg Mark Symes, Beth PhD felügyelője a Glasgow Egyetemen.
A különféle ásványok elérhetősége a Hold helyétől függően változik. Sok munka folyik a Hold erőforrásainak feltérképezésében és feltárásában.
James Carpenter, az ESA holdstratégiai tisztviselője megjegyzi: „Ez a folyamat lehetővé tenné, hogy a holdi telepesek hozzáférjenek az oxigénhez üzemanyag és életmentés céljából, valamint széles körű fémötvözetekhez férjenek hozzá az in situ gyártáshoz - a rendelkezésre álló pontos alapanyag attól függ, hogy hol Holdra szállnak le.
Az olyan újrafelhasználható rakétákkal, amelyeket olyan cégek fejlesztettek ki, mint a SpaceX, csökkent az anyag szállításának költsége a Föld gravitációs kútjából. De ez még mindig drága. Több kilogramm dollárba kerülhet, ha egy kilogrammot szállít a Holdra. Ez a költség azt jelenti, hogy a Hold előőrsének vagy kolóniájának minden reális terve pénzügyi szempontból óriási veszteség.
Az üzemanyag- és építőanyag-források kinyerésének módja nélkül, valamint a Holdon lévő oxigénforrás nélkül valószínűtlennek tűnik, hogy az emberek bármiféle jelenlétét tudják-e létrehozni ott. Az ilyen technológiai haladás hatalmas szerepet játszik az űrkutatás jövőjében.
Több:
- Sajtóközlemény: OXIGÉN ÉS FÉM A SZERETÉRDŐL
- Kutatási cikk: Egy elektrokémiai folyamat életképességének bizonyítása az oxigén egyidejű extrahálása és a fémötvözetek előállítása a holdregolitból
- NASA: In situ erőforrás-felhasználás
- Space Magazine: Források begyűjtése a Naprendszerből. A situ erőforrás-felhasználás
