Китайский луноход "Чанъэ-5" обнаружил, что лунный грунт может производить кислород и топливо
Регулярно космические миссии исследуют дальний космос в поисках решений для длительного пребывания. Так произошло с китайским зондом "Чанъэ-5", который совершил посадку на Луну в конце 2020 года. Согласно анализу структуры и состава, образец лунного грунта, привезенный луноходом, имеет потенциал для преобразования лунной солнечной энергии. Поэтому использование лунных ресурсов in situ открывает широкие возможности для создания материальной основы жизнеобеспечения для лунных путешествий и обитания.
"В ближайшем будущем мы станем свидетелями стремительного развития индустрии пилотируемых космических полетов", — говорит в своем заявлении Йингфанг Яо, материаловед из университета Нанкин-Яо и соавтор нового . "Подобно эпохе паруса в 1600-х годах, когда сотни кораблей отправились в плавание, мы вступим в космическую эру".
Но доставка товаров в космос все еще обходится дорого, поэтому любой материал, который можно найти на Луне и который не поступает с Земли, позволяет сэкономить много денег. Идея состоит в том, чтобы уменьшить "полезную нагрузку" в надежде провести крупномасштабное исследование инопланетного мира.
Лунный грунт будет действовать как катализатор химических реакций, аналогичных фотосинтезу
Первоначальная гипотеза заключалась в том, что лунный грунт может быть использован в качестве катализатора для получения кислорода и других продуктов в результате химических реакций, имитирующих фотосинтез (как у зеленого растения) с использованием солнечного света. После возвращения ровера на Землю Яо и его коллеги исследовали образец лунного грунта, чтобы выяснить, можно ли использовать его в качестве катализатора для системы, которая будет преобразовывать воду, добытую на Луне, и углекислый газ (выделяемый телами астронавтов) в полезные продукты для питания лунной базы. Эти продукты включают кислород, водород и другие побочные продукты, полезные в качестве топлива, такие как метан.
Есть ли в лунном грунте что-то, что не позволяет производить эти соединения, как это может делать земной грунт? Очевидно, нет. Сначала исследователи проанализировали образец с помощью таких методов, как электронная микроскопия и рентгеновская дифракция, чтобы выявить каталитически активные компоненты в составе грунта. Образец содержал вещества, богатые железом и титаном, которые могут быть полезны в реакции, имитирующей фотосинтез.
Затем исследователи протестировали грунт в качестве катализатора в различных химических реакциях (полезных для фотосинтеза) для получения водорода и кислорода из углекислого газа и воды. Углекислый газ, выдыхаемый астронавтами, будет собираться и соединяться с водородом, полученным в результате электролиза воды, в процессе гидрогенизации, катализируемой лунным грунтом. Оценив работу лунного образца в качестве фотоэлектрокатализатора, фотокатализатора и фототермического катализатора, они обнаружили, что полное расщепление воды и преобразование CO2 может быть достигнуто с помощью солнечной энергии, воды и лунного грунта, с целым рядом целевых продуктов для лунной жизни.
Однако эффективность лунного грунта не так хороша, как катализаторов, доступных нам на Земле, и ее будет недостаточно для получения продуктов в количестве, достаточном для поддержания жизни человека на Луне. Однако изменения в структуре и составе образца лунного грунта могут обеспечить значительные улучшения для этой цели. Яо объясняет, что команда тестирует различные подходы к улучшению конструкции, например, сплавление лунного грунта в высокоэнтропийный наноструктурный материал, который является лучшим катализатором.