Исследователи из Китайского университета Гонконга, Шэньчжэня и других разработали технологию получения воды, кислорода и топлива из лунного грунта с помощью исключительно солнечного света.
Когда-то эта технология позволит астронавтам находиться и путешествовать в космосе, избавившись от зависимости от поставок с Земли. Это также позволит удешевить космические миссии и, вероятно, создать постоянную станцию на Луне.
«Мы никогда в полной мере не представляли себе, какой «магией» обладает лунный грунт. Самым большим сюрпризом для нас стал ощутимый успех этого комплексного подхода», — отмечает старший автор исследования Лу Ван.
Вода необходима астронавтам в космосе не только для выживания и поддержания водного баланса. Ее также можно разложить на водород и кислород. Однако вода имеет значительный вес. По результатам исследований, отправка в космос всего 3,7 литров воды стоит $83 тыс. Это значительные расходы, учитывая, что каждый астронавт выпивает по несколько литров воды ежедневно. В рамках длительных космических миссий доставка воды с Земли вообще выглядит нецелесообразно.
В рамках космической миссии «Чанъэ-5» китайские ученые подтвердили, что лунный реголит содержит воду, скрытую в минералах и стекле, образовавшихся в результате столкновения нашего спутника с метеоритами и другими телами. Одним из таких минералов является ильменит — темное, тяжелое соединение железа, титана и кислорода. Он не только сохраняет связанные с водой химические вещества, но и способствует полезным химическим реакциям при нагревании.
Предыдущие методы добычи воды из лунного реголита были сложными и требовали значительных затрат энергии. Новая технология упрощает процесс и позволяет использовать только солнечный свет. Эффективность удалось обеспечить благодаря процессу фототермического катализа.
Исследователи используют солнечный свет для нагрева лунного грунта и выделения из него воды в виде пара. В этой же системе пар смешивается с углекислым газом и превращает его в кислород, водород и угарный газ, который также используется в качестве компонента для производства топлива.
Эксперименты были проведены с использованием реальных образцов лунного грунта, полученных в рамках миссии «Чанье-5». Кроме этого использовалось вещество, подобное лунному реголиту. Грунт поместили в герметичную камеру, добавив туда CO2. С помощью солнечного света газ и лунный грунт нагрели до температуры 250°С.
«Наши результаты показали, что это можно сделать без дополнительных этапов или химикатов. Нужны только солнечный свет, CO2 и лунная пыль», — подчеркнул Лу Ван.
Фототермический анализ извлечения и использования воды из образца CE-5 и схематическая иллюстрация извлечения и использования лунной воды/Joule
По мнению ученых, CO2, который выдыхают астронавты, будет собираться по ночам, когда температура низкая настолько, что газ замерзает. На следующий день уловленный CO2 будет использоваться в реакторе, работающем на солнечном свете, вместе с лунным грунтом.
Несмотря на то, что лабораторные испытания выглядят многообещающе, практическая реализация подобной системы на Луне будет нелегкой задачей. Состав лунного реголита отличается в разных местах, колебания температуры составляют от -173°C ночью до 121°C днем.
Кроме этого вряд ли астронавты будут выдыхать достаточное количество CO2. Поэтому необходимы будут дополнительные источники, такие как сухой лед. Эффективность химических реакций в лабораторных условиях оказалась пока недостаточной для практического жизнеобеспечения астронавтов в космических условиях.
Лу Ван и его коллеги отмечают, что им необходимо улучшить эффективность катализатора, улучшить теплоотвод и разработать более надежные реакторы, способные выдерживать лунные условия. В случае успеха эта простая система, работающая на солнечной энергии, может помочь превратить Луну из мертвой скалы в поставщика для следующей эры освоения космоса.
Результаты исследования представлены в журнале Joule
Источник: ZMEScience
Сообщить об опечатке
Текст, который будет отправлен нашим редакторам: