Эксперимент NASA извлек кислород из лунного реголита
Для создания в будущем постоянного поселения людей на нашем спутнике одной из главных проблем является производство на месте кислорода. Его нужно будет "производить" на Луне как для нужд космонавтов, так и для использования в качестве ракетного топлива, чтобы избежать необходимости постоянно доставлять его с Земли.
Ученым из команды Carbothermal Redction Demonstration (CaRD) Космического центра имени Джонсона NASA в Хьюстоне удалось извлечь кислород из лунного реголита. Впервые это было сделано в вакуумной камере под давлением.
Эксперимент является частью программы Game Changing Development (GCD), программы NASA, созданной для создания технологий, необходимых для эксплуатации лунных ресурсов во время следующих миссий Артемида. Эксплуатация этого первого прототипа позволит сделать присутствие человека более экономически выгодным. Команда CaRD является частью инициативы Lunar Surface Innovation Initiative (LSII). NASA использует LSII для разработки технологий, необходимых людям и различным инфраструктурам для более легкой и почти автономной работы на Луне.
Эксперимент
Команда провела испытание с помощью специальной сферической лаборатории диаметром 4,5 метра, называемой Грязная термовакуумная камера. В этой вакуумной камере можно воссоздать лунные условия окружающей среды. Среда называется "грязной камерой", потому что образцы, помещенные в нее, не обязательно очищаются и/или стерилизуются.
Извлечение происходило из лунного реголита, воссозданного в лаборатории здесь, на Земле, чтобы быть максимально похожим на мелкую пыль, покрывающую поверхность Луны. Кроме того, впервые эксперимент проводился в вакуумной среде, при тех же температурных и радиационных условиях, что и на нашем спутнике.
Для извлечения кислорода использовалась неорганическая реакция карботермического восстановления. В этом процессе углерод при высоких температурах используется для разрушения химических связей между различными соединениями, составляющими реголит. Углерод был расплавлен в карботермическом реакторе, разработанном компанией Sierra Space. Именно здесь происходит процесс плавления реголита и извлечения кислорода. Тепло, необходимое для синтеза, было получено с помощью очень мощного лазера, имитирующего работу концентратора солнечной энергии, который может быть размещен на Луне.
Таким образом, происходит карботермическое восстановление - процесс, который уже много лет используется на Земле для производства многочисленных предметов повседневного пользования, таких как солнечные батареи и сталь. Окисленные металлы в лунном камне в основном выделяют окись углерода или двуокись углерода, из которых затем можно извлечь кислород. Эти молекулы были обнаружены прибором под названием ""Mass Spectrometer Observing Lunar Operations"" (MSolo).
Будущее извлечения кислорода из реголита
Устройство, подобное MSolo, будет находиться на борту двух будущих лунных миссий: Polar Resources Ice Mining Experiment-1, который должен достичь Луны уже в 2023 году, и Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER), который достигнет ее в 2024 году.
Для того чтобы в будущем можно было применить процесс, используемый командой CaRD, на Луне, карботермический реактор должен, прежде всего, поддерживать нужное давление, чтобы газы не улетучивались в космос. Несмотря на это, он должен позволять лунному реголиту входить и выходить из зоны реакции. В результате демонстрации эксперимента в луноподобных условиях реактор получил уровень технологической готовности 6. Это означает, что прототип полностью функционален и готов к испытаниям в космосе.