Měsíc má dostatek kyslíku a minerálů, věcí, které jsou nepostradatelné pro každou vesmírnou civilizaci. Problém je, že jsou spolu zavření v regolitu. Oddělení těchto dvou poskytne množství kritických zdrojů, ale jejich oddělení je složitý problém.
Regolit Měsíce se pohybuje od 2 metrů (6,5 stop) hluboko v oblastech klisen po 20 metrů (65 stop) hluboko v oblastech vysočiny. Na rozdíl od Země, kde je povrch utvářen a vytvářen jak biologickými, tak geologickými procesy, je měsíční regolit z velké části tvořen rozdrcenými, odstřelenými úlomky kůry způsobenými nárazy. Kyslík a minerály jsou uzavřeny v minerálních oxidech a ve skelných částicích vytvořených teplem nárazů.
Kyslík je nejhojnějším prvkem v měsíčním regolitu, tvoří 40-45 % hmotnosti regolitu. Vědci už léta studují využití zdrojů In situ (ISRU) a snaží se najít způsob, jak oddělit kyslík od ostatních prvků a využít oba. Obvykle to vyžaduje hodně energie, což je významná překážka.
Regolit Měsíce (nikoli půda) obsahuje obrovské množství kyslíku, což je kritický zdroj pro vesmírnou civilizaci. Image Credit: Autor Hateras – vlastní práce, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=25552813
Nový výzkum podporovaný Evropskou kosmickou agenturou nastiňuje metodu extrakce kyslíku, která nevyžaduje tolik energie.
„Tento kyslík je extrémně cenným zdrojem, ale je v materiálu chemicky vázán jako oxidy ve formě minerálů nebo skla, a proto není k dispozici pro okamžité použití,“ vysvětluje výzkumnice Beth Lomax z University of Glasgow, jejíž doktorandská práce je je podporována prostřednictvím ESA Iniciativa vytváření sítí a partnerství , využívající pokročilý akademický výzkum pro vesmírné aplikace.
'Tento výzkum poskytuje důkaz konceptu, že můžeme extrahovat a využít všechen kyslík z lunárního regolitu a zanechat tak potenciálně užitečný kovový vedlejší produkt,' uvedl Lomax. tisková zpráva .
Koncentrace prvků na Zemi, Lunární nížiny a Lunární vysočiny. Autor Roger wilco – Vlastní dílo, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10838075
Extrakční metoda se opírá o elektrolýzu, o které se většina z nás učí na střední škole. Ale tato metoda používá jako elektrolyt roztavenou sůl.
'Zpracování bylo provedeno pomocí metody zvané elektrolýza roztavené soli,' řekl Lomax. „Toto je první příklad přímého zpracování prášku na prášek pevného simulantu lunárního regolitu, který dokáže extrahovat prakticky všechen kyslík. Alternativní metody extrakce měsíčního kyslíku dosahují výrazně nižších výtěžků nebo vyžadují tavení regolitu při extrémních teplotách více než 1600 °C.“
Tato metoda používá roztavenou sůl chloridu vápenatého jako analgetikum elektrolyt . Simulovaný regolit se umístí do síťového koše a celý se zahřeje na 950 C (1740 F.). Při této teplotě zůstává regolit pevný. Poté je aplikován proud a kyslík je extrahován a shromažďován v an anoda . Jiné způsoby extrakce vyžadují zahřátí všeho na 1600 C (2900 F), což je masivní nárůst potřebné energie.
Tato metoda extrahovala 96 % kyslíku za 50 hodin. Ale za pouhých 15 hodin dokázala vytěžit 75 %. Vzhledem k tomu, že kyslík je v lunárním regolitu tak bohatý, vypadají tyto výsledky slibně.
Grafické shrnutí metody elektrolýzy roztavené soli. Obrazový kredit: Lomax et. al. 2019.
„Tato práce je založena na procesu FCC – od iniciál jeho vynálezců z Cambridge – který byl rozšířen britskou společností s názvem Metalýza pro komerční výrobu kovů a slitin,“ řekl Lomax.
Metalýza vyvinula metodu elektrolýzy roztavené soli právě proto, že je méně energeticky náročná. Materiál, který má být separován, nemusí být kapalný, takže je potřeba méně energie. Také tvrdí, že jejich systém neprodukuje žádné toxické vedlejší produkty.
'Spolupracujeme s Metallysis a ESA na převedení tohoto průmyslového procesu do měsíčního kontextu a dosavadní výsledky jsou velmi slibné,' poznamenává Mark Symes, Beth's PhD supervizor na University of Glasgow.
Dostupnost různých minerálů se mění v závislosti na poloze na Měsíci. S mapováním a zkoumáním zdrojů Měsíce je spousta práce.
Koncentrace různých minerálů se liší místo od místa. Tato tabulka ukazuje koncentrace minerálů zjištěné na různých místech různými misemi Apollo. Celkově tvoří uvedené minerály asi 98 % minerálů v kůře. Obrazový kredit: J. Plescia/J. Hopkins U.
James Carpenter, lunární strategický důstojník ESA, komentuje: „Tento proces by poskytl lunárním osadníkům přístup ke kyslíku pro palivo a podporu života, stejně jako k široké škále kovových slitin pro výrobu in-situ – přesné dostupné suroviny by závisely na tom, kde na Přistávají na Měsíci.'
S opakovaně použitelnými raketami vyvinutými společnostmi jako SpaceX klesly náklady na přepravu materiálu mimo zemskou gravitaci. Ale pořád je to drahé. Doprava jednoho kilogramu na Měsíc může stát desítky tisíc dolarů. Tyto náklady znamenají, že jakékoli realistické plány na měsíční základnu nebo kolonii by byly finančně velmi náročné.
Bez způsobu, jak těžit zdroje pro palivo a stavbu, a bez zdroje kyslíku na Měsíci se zdá nepravděpodobné, že by tam lidé mohli založit jakoukoli přítomnost. Technologický pokrok, jako je tento, bude hrát obrovskou roli v budoucnosti vesmírného průzkumu.