В середині величезної сфери інженери зосередилися на своєму обладнанні. Перед ними стояв сріблястий металевий пристрій, облаштований різнобарвними проводами – ящик, який, як сподіваються, одного дня зможе виробляти кисень на Місяці.
Коли команда залишила сферу, експеримент розпочався. Машина у формі ящика почала всмоктувати невелику кількість пилуватого реголіту – суміш пилу та гострого гравію з хімічним складом, що імітує реальний місячний ґрунт.
Перші результати експерименту
Невдовзі реголіт перетворився на гелеобразну масу, при цьому один із шарів нагрівався до температур вище 1,650°C. І з додаванням деяких реагентів молекули, що містять кисень, почали булькати.
“Ми протестували все, що змогли, на Землі”, – розповідає Брант Уайт, керівник програми в компанії Sierra Space. “Наступним кроком буде поїздка на Місяць.”
Система забезпечення астронавтів
Експеримент Sierra Space проходив в Лабораторії космічних досліджень NASA влітку цього року. Це не єдина технологія, над якою працюють дослідники, адже вони розробляють системи, які можуть забезпечити астронавтів, що житимуть на майбутній місячній базі.
Ці астронавти потребують кисню для дихання, а також для виготовлення ракетного пального для космічних апаратів, які можуть вирушити з Місяця до далеких об’єктів, включаючи Марс.
Мешканці місячної бази можуть також вимагати метали, які можна буде видобувати з порізаного сірого сміття, що засмічує поверхню Місяця.
Виклики видобутку ресурсів на Місяці
Багато залежить від того, чи зможемо ми побудувати реактори, здатні ефективно видобувати такі ресурси.
“Це може заощадити мільярди доларів на витратах місії”, – говорить пан Уайт, пояснюючи, що альтернатива – доставляти величезні обсяги кисню і запасних металів з Землі – буде складною та дорогою справою.
На щастя, місячний реголіт багатий металевими оксидами. Але, хоча на Землі наука з видобутку кисню з металевих оксидів добре розвинута, робити це на Місяці значно складніше через умови.
Тестування технологій у вакуумі
Велика сфера, в якій проходили випробування Sierra Space в липні-серпні цього року, створювала вакуум і імітувала температури та тиски Місяця.
Компанія зазначає, що їй довелося вдосконалити роботу машини, щоб вона краще справлялася з надто рваними, абразивними текстурами самого реголіту. “Він проникає в усі механізми”, – повідомляє пан Уайт.
Однією з найважливіших речей, яку не можливо протестувати на Землі чи навіть на орбіті нашої планети, є місячна гравітація – вона приблизно в шість разів менша за земну.
Можливо, до 2028 року чи пізніше Sierra Space зможе протестувати свою систему на Місяці, використовуючи реальний реголіт в умовах низької гравітації.
Значення кисню для космічних досліджень
Гравітація Місяця може стати реальною проблемою для деяких технологій видобутку кисню, якщо інженери не врахують її, наголошує Пол Берк з Університету Джонса Хопкінса.
У квітні він та його колеги опублікували статтю, в якій детально описували результати комп’ютерних симуляцій, що показали, як інший процес видобутку кисню може бути обмежений відносно слабким тяжінням Місяця.
Проблема полягає в тому, що така технологія працює, формуючи бульбашки кисню на поверхні електродів у розплавленому реголіті. “Це консистенція, як, скажімо, мед. Вона дуже, дуже в’язка,” – зазначає доктор Берк.
“Ті бульбашки не зможуть підніматися так швидко – і можуть навіть затримуватися у відокремленні від електродів.”
Можливі рішення
Можливі шляхи вирішення проблеми можуть включати вібрацію пристрою для виробництва кисню, що може звільнити бульбашки.
Додатково, дуже гладкі електроди можуть полегшити відлучення бульбашок кисню. Доктор Берк та його колеги зараз працюють над ідеями в цьому напрямку.
Система Sierra Space, карботермальний процес, є іншим варіантом. У їхньому випадку, коли формуються бульбочки кисню у реголіті, вони утворюються вільно, а не на поверхні електрода. Це означає, що існує менше шансів застрявання, зазначає пан Уайт.
Збереження ресурсів на Місяці
Наголошуючи на важливості кисню для майбутніх місячних експедицій, доктор Берк оцінює, що на день астронавт потребуватиме кількість кисню, яка міститься приблизно в двох або трьох кілограмах реголіту, залежно від фізичної підготовки та рівня активності.
Проте, життєздатні системи підтримки для місячної бази швидше за все перероблятимуть кисень, видихаємий астронавтами. Якщо так, це означатиме, що не потрібно буде переробляти стільки реголіту, аби підтримувати життя мешканців Місяця.
Справжнє практичне використання технологій видобутку кисню, додає доктор Берк, це забезпечення окислювача для ракетного пального, що може суттєво полегшити дослідження космосу.
Звісно, чим більше ресурсів можна створити на Місяці, тим краще.
Система Sierra Space дійсно потребує додавання кількох вуглецевих елементів, хоча компанія повідомляє, що може переробляти більшість із них після кожного циклу виробництва кисню.
Нове бачення видобутку ресурсів на Місяці
Разом із колегами, Палак Пател, аспірантка Массачусетського технологічного інституту, розробила експериментальну систему електролізу розплавленого реголіту для видобутку кисню та металів з місячного ґрунту.
“Ми насправді дивимося на це з точки зору, ‘давайте спробуємо мінімізувати кількість місій з постачання’,” – говорить вона.
При розробці своїї системи, пані Пател та її колеги вирішили проблему, описану доктором Берком: низька гравітація може заважати відокремленню бульбашок кисню, які утворюються на електродах. Для цього вони використовували “сонікатор”, який б’є бульбашки звуковими хвилями для їх вивільнення.
Пані Пател зазначає, що майбутні пристрої для видобутку ресурсів на Місяці можуть отримувати залізо, титанові або літієві елементи з реголіту. Ці матеріали можуть допомогти астронавтам, що живуть на Місяці, виготовляти компоненті для 3D-друку запчастин для своєї бази або замінювати пошкоджені компоненти космічних апаратів.
Перспективи використання реголіту
Корисність місячного реголіту не закінчується на цьому. Пані Пател зазначає, що в окремих експериментах їй вдалося перетворити імітований реголіт на міцний темний матеріал, схожий на скло.
Вона та її колеги навчилися перетворювати цю речовину на міцні порожнисті цеглини, які можуть бути корисними для зведення будівель на Місяці – наприклад, величезного чорного моноліту. Чому б і ні?
