Наряду с достижениями в освоении глубокого космоса мы недавно стали свидетелями того, как много времени и денег было инвестировано в технологии, которые могли бы обеспечить эффективное использование космических ресурсов. И немалая часть усилий была сосредоточена на поиске наилучшего способа производства кислорода на Луне.
В октябре Австралийское космическое агентство и NASA подписали соглашение об отправке марсохода австралийского производства на Луну в рамках программы Artemis с целью сбора лунных камней, которые в конечном итоге могли бы обеспечить Луну пригодным для дыхания кислородом.
Хотя у Луны есть атмосфера, она очень тонкая и состоит в основном из водорода, неона и аргона. Это не та газовая смесь, которая может поддерживать кислородзависимых млекопитающих, таких как люди.
Тем не менее, на Луне действительно много кислорода. Это просто не в газообразной форме. Вместо этого он заключен внутри реголита — слоя камня и мелкой пыли, покрывающей поверхность Луны. Если бы мы могли извлекать кислород из реголита, было бы этого достаточно для поддержания жизни человека на Луне?
Кислород содержится во многих минералах земли вокруг нас. И Луна в основном состоит из тех же камней, которые вы найдете на Земле (хотя и с немного большим количеством материала, полученного из метеоров). Минералы, такие как кремнезем, алюминий, оксиды железа и магния, доминируют в ландшафте Луны. Все эти минералы содержат кислород, но не в той форме, к которой наши легкие могут получить доступ.
На Луне эти минералы существуют в нескольких различных формах, включая твердые породы, пыль, гравий и камни, покрывающие поверхность. Этот материал образовался в результате ударов метеоритов о поверхность Луны в течение бесчисленных тысячелетий.
Некоторые люди называют поверхностный слой Луны лунной "почвой", но это не очень корректный термин. Как мы знаем, почва — это довольно волшебный материал, который встречается только на Земле. Он был создан огромным количеством организмов, работающих на материнском материале почвы — реголите, полученном из твердых пород — на протяжении миллионов лет.
Результатом является матрица минералов, которых не было в исходных породах. Почва Земли обладает замечательными физическими, химическими и биологическими характеристиками. Между тем, материалы на поверхности Луны — это в основном реголит в его первоначальной нетронутой форме.
Реголит Луны примерно на 45% состоит из кислорода. Но этот кислород прочно связан с упомянутыми выше минералами. Чтобы разорвать эти прочные узы, нам нужно вложить энергию. Возможно, вы знакомы с этим, если знаете об электролизе. На Земле этот процесс обычно используется в производстве, например, для производства алюминия. Электрический ток пропускается через жидкую форму оксида алюминия (обычно называемого оксидом алюминия) через электроды, чтобы отделить алюминий от кислорода.
В этом случае кислород образуется как побочный продукт. На Луне кислород будет основным продуктом, а извлеченный алюминий (или другой металл) будет потенциально полезным побочным продуктом.
Это довольно простой процесс, но есть одна загвоздка: он требует большого количества энергии. Чтобы быть устойчивым, он должен поддерживаться солнечной энергией или другими источниками энергии, доступными на Луне.
Для извлечения кислорода из реголита также потребуется серьезное промышленное оборудование. Нам нужно сначала преобразовать твердый оксид металла в жидкую форму, либо применяя тепло, либо тепло в сочетании с растворителями или электролитами. У нас есть технологии, чтобы сделать это на Земле, но переместить этот аппарат на Луну — и произвести достаточно энергии для его работы — будет сложной задачей.
Ранее в этом году бельгийский стартап Space Applications Services объявил о строительстве трех экспериментальных реакторов для улучшения процесса получения кислорода путем электролиза. Они планируют отправить эту технологию на Луну к 2025 году в рамках миссии Европейского космического агентства по использованию ресурсов на месте (ISRU).
Тем не менее, когда нам удастся это осуществить, сколько кислорода на самом деле может доставить Луна? Оказывается, довольно много. Если мы проигнорируем кислород, связанный с более глубокими твердыми породами Луны — и просто рассмотрим реголит, который легко доступен на поверхности — мы сможем сделать некоторые оценки.
Каждый кубический метр лунного реголита содержит в среднем 1,4 тонны минералов, в том числе около 630 кг кислорода. NASA заявляет, что людям нужно для нормального дыхания около 800 граммов кислорода в день, чтобы выжить. Таким образом, 630 кг кислорода сохранит жизнь человеку примерно на два года (или чуть больше).
Теперь предположим, что средняя глубина реголита на Луне составляет около десяти метров, и что мы можем извлечь из него весь кислород. Это означает, что верхние десять метров поверхности Луны будут обеспечивать достаточно кислорода, чтобы поддерживать все восемь миллиардов людей на Земле где-то около 100 000 лет.
Это также будет зависеть от того, насколько эффективно нам удастся извлечь и использовать кислород. Тем не менее, эта цифра просто потрясающая!
