Джон Грант,преподаватель почвоведения, Университет Южного Креста
Наряду с достижениями в освоении космоса, в последнее время мы видим много времени и денег, вложенных в технологии, которые могли бы обеспечить эффективное использование космических ресурсов. И на переднем крае этих усилий был лазерный фокус на поиске лучшего способа производства кислорода на Луне.
В октябре Австралийское космическое агентство и НАСА подписали соглашение об отправке австралийского лунохода на Луну в рамках программы «Артемида» с целью сбора лунных камней, которые в конечном итоге могут обеспечить кислород для дыхания на Луне.
Хотя у Луны есть атмосфера, она очень тонкая и состоит в основном из водорода, неона и аргона. Это не та газообразная смесь, которая могла бы поддерживать кислорода зависимых млекопитающих, таких как люди.
Тем не менее, на Луне на самом деле много кислорода. Он просто не в газообразной форме. Вместо этого он находится в ловушке внутри реголита — слоя породы и мелкой пыли, которая покрывает поверхность Луны. Если бы мы могли извлекать кислород из реголита, было бы этого достаточно для поддержания человеческой жизни на Луне?
Широта кислорода
Кислород можно найти во многих минералах в земле вокруг нас. И Луна в основном состоит из тех же камней, которые вы найдете на Земле (хотя и с немного большим количеством материала, который пришел 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 ком могут получить доступ наши легкие.
На Луне эти минералы существуют в нескольких различных формах, включая твердые породы, пыль, гравий и камни, покрывающие поверхность. Этот материал возник в результате ударов метеоритов, врезающихся в лунную поверхность на протяжении бесчисленных тысячелетий.
Некоторые люди называют поверхностный слой Луны лунным «почвой», но как почвовед я не решаюсь использовать этот термин. Почва, какой мы ее знаем, довольно волшебная вещь, которая встречается только на Земле. Он был создан огромным количеством организмов, работающих на родительском материале почвы — реголите, полученном из твердых пород — в течение миллионов лет.
В результате получился матрица минералов, которых не было в исходных породах. Почва Земли наделена замечательными физическими, химическими и биологическими характеристиками. Между тем, материалы на поверхности Луны в основном являются реголитом в его первоначальном, нетронутом виде.
Одно вещество входит, два выходят
Реголит Луны состоит примерно на 45% из кислорода. Но этот кислород плотно связан с минералами, упомянутыми выше. Чтобы разорвать эти прочные связи, нам нужно вложить энергию.
Вы можете быть 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 называемую глиноземом) через электроды, чтобы отделить алюминий от кислорода.
В этом случае кислород вырабатывается в качестве побочного продукта. На Луне кислород будет основным продуктом, а извлеченный алюминий (или другой металл) будет потенциально полезным побочным продуктом.
Это довольно простой процесс, но есть загвоздка: он очень энергоемкий. Чтобы быть устойчивым, он должен поддерживаться солнечной энергией или другими источниками энергии, доступными на Луне.
Извлечение кислорода из реголита также потребует значительного промышленного оборудования. Нам нужно сначала преобразовать оксид твердого металла в жидкую форму, либо применяя тепло, либо нагревая в сочетании с растворителями или электролитами. У нас есть технология, чтобы сделать это на Земле, но перемещение этого аппарата на Луну - и выработка достаточного количества энергии для его запуска - будет огромной проблемой.
Ранее в этом году бельгийский стартап Space Applications Services объявил о строительстве трех экспериментальных реакторов для улучшения процесса изготовления кислорода с помощью электролиза. Они рассчитывают отправить технологию на Луну к 2025 году в рамках миссии Европейского космического агентства по использованию ресурсов на месте (ISRU).
Сколько кислорода может обеспечить Луна?
Тем не менее, когда нам удастся это сделать, сколько кислорода может на самом деле доставить Луна? Ну, довольно много, как выясняется.
Если мы проигнорируем кислород, связанный с более глубоким твердым материалом Луны, и просто рассмотрим реголит, который легко доступен на поверхности, мы можем прийти к некоторым оценкам.
Каждый кубический метр лунного реголита содержит в среднем 1,4 тонны минералов, в том числе около 630 килограммов кислорода. НАСА говорит, что людям нужно дышать около 800 граммов кислорода в день, чтобы выжить. Таким образом, 630 кг кислорода будут поддерживать жизнь человека в течение примерно двух лет (или чуть больше).
Теперь давайте предположим, что средняя глубина реголита на Луне составляет около десяти метров,и что мы можем извлечь из этого весь кислород. Это означает, что первые десять метров поверхности Луны обеспечат достаточно кислорода, чтобы поддерживать всех 8 миллиардов человек на Земле в течение где-то около 100 000 лет.
Это также будет зависеть от того, насколько эффективно нам удалось извлечь и использовать кислород. Несмотря на это, эта цифра довольно удивительна!
Сказав это, у нас действительно все довольно хорошо здесь, на Земле. И мы должны сделать все возможное, чтобы защитить голубую планету — и ее почву в частности, — которая продолжает поддерживать всю земную жизнь даже без наших попыток.
P/S " Это перевод с Space с максимальным сохранением смысла публикации .
Подписывайтесь на канал, ставьте лайки
