NASA on lykännyt Artemis-matkaansa Kuuhun, mutta se ei tarkoita, etteikö paluu Kuuhun olisi välitön. Avaruusjärjestöt ympäri maailmaa ovat ottaneet katseensa kiviseen satelliittiimme. Ei ole väliä, kuka sinne pääsee, jos he suunnittelevat jatkuvaa läsnäoloaan Kuussa, he tarvitsevat in situ -resursseja.
Happi ja vesi ovat astronautien Kuussa tarvitsemien luonnonvarojen luettelon kärjessä. Ryhmä insinöörejä ja tiedemiehiä selvittelevät, kuinka keittää kuun kiviä ja saada niistä elintärkeää happea ja vettä. He esittelivät tuloksensa klo Europlanet Science Congress 2021 .
Professori Michèle Lavagna Politecnico Milanosta johti kokeita. Työn takana on yritysten ja virastojen konsortio, mukaan lukien ESA ja Italian avaruusjärjestö. Lavagna ja muut esittelivät työstään laboratorioesityksen EPSC2921:ssä.
Kun puhumme kuun maaperästä, tarkoitamme kuun regoliittia, pölykerrosta, joka peittää Kuun. Sama kerros, joka hämmentyi Apollon astronautit löytämällä tiensä kuun moduuliin, tukkien mekanismeja ja häiritsemällä instrumentteja. Pöly muodostaa jatkuvan vaaran, jota avaruusjärjestöt yrittävät edelleen lieventää. Mutta sama pöly on myös kriittinen resurssi.
Apollo 17 -astronautti kaivaa kuun regoliittia tutkiakseen kuupölyn mekaanista käyttäytymistä. Kiitos: NASA
Kuun regoliitissa on paljon happea, koska happi reagoi helposti muiden alkuaineiden kanssa, erityisesti ryhmittele yksi elementti . Kuun maaperä on runsaasti oksideja, erityisesti piidioksidia, rautaoksidia, magnesiumoksidia jne. ESA:n mukaan noin 50 % kuun maaperästä on rautaa ja piidioksidia ja noin 26 % näistä yhdisteistä on happea. Temppu on saada happi pois.
Lavagna esitteli kaksivaiheista prosessia, jota käytetään säännöllisesti teollisissa sovelluksissa täällä maan päällä. Ensin simuloitu kuun regoliitti höyrystetään vedyn ja metaanin läsnä ollessa ja pestään sitten vetykaasulla. Uuni lämmittää mineraalit 1 000 celsiusasteeseen (1800 F), mikä muuttaa ne suoraan kiinteästä aineesta kaasuksi. Näin tehdessään mineraalit ohittavat nestefaasin, mikä tekee koko prosessista yksinkertaisemman.
Sitten kaasut ja jäännösmetaani menevät katalysaattoriin ja sitten lauhduttimeen, joka erottaa veden. Sen jälkeen hydrolyysi erottaa hapen ja järjestelmä kierrättää vedyn ja metaanin sivutuotteet.
Insinöörit ja tiedemiehet ovat työskennelleet haasteen parissa ottaa in situ resursseja Kuusta jo useiden vuosien ajan. Yksi menetelmä sisältää käyttämällä sulan suolan elektrolyysiä hapen erottamiseen . Tämä menetelmä on mukautettu kaivostoiminnasta, ja se tuottaa myös hyödyllisiä metalliseoksia kuun regoliitista.
Mutta yksi tämän uudemman prosessin kriittisistä ominaisuuksista Lavagnan mukaan on, että se on melkein käsissä.
'Kokeilumme osoittavat, että laitteisto on skaalautuva ja se voi toimia lähes täysin itsestään jatkuvassa suljetussa silmukassa ilman ihmisen väliintuloa ja tukkeutumatta', sanoi professori Lavagna.
Tämä video näyttää prosessilla uutetun veden. Luotto: Politecnico Milano, CC BY-NC-CD
Tiimi työskentelee edelleen prosessin optimoimiseksi mahdollisen taistelutestin varalta. He työskentelevät uunin lämpötilan, pesun pituuden ja tiheyden, kaasuseossuhteen ja maaerien koon kanssa. Tähän mennessä he ovat oppineet, että pienet maaerät tuottavat maksimaalisen sadon, kun ne yhdistetään korkeimpiin mahdollisiin lämpötiloihin ja pitkiin pesuvaiheisiin.
Järjestelmä tuottaa piidioksidia sivutuotteena. Se tuottaa myös metalleja, jotka vaativat jatkokäsittelyä ennen kuin niitä käytetään in situ -resursseina.
'Mahdollisuus saada tehokkaat veden ja hapen tuotantolaitokset paikan päällä on olennaista ihmisen tutkimiselle ja korkealaatuisen tieteen harjoittamiselle suoraan Kuussa', Lavagna sanoi. 'Nämä laboratoriokokeet ovat syventäneet ymmärrystämme prosessin jokaisesta vaiheesta. Se ei ole tarinan loppu, mutta se on erittäin hyvä lähtökohta.