Для организации постоянного поселения людей на Луне необходимо решить вопрос о местном производстве кислорода. Его потребуется для жизнеобеспечения космонавтов и в качестве ракетного топлива, что позволит избежать постоянной доставки с Земли.
Учёные из группы CaRD Космического центра имени Джонсона NASA в Хьюстоне успешно извлекли кислород из лунного грунта при повышенном давлении в условиях вакуума.
Эксперимент входит в программу Game Changing Development (GCD) НАСА, которая направлена на создание технологий для использования лунных ресурсов в ходе миссий Артемида. Эксплуатация прототипа повысит экономическую эффективность присутствия человека на Луне. Команда CaRD участвует в инициативе Lunar Surface Innovation Initiative (LSII). НАСА использует LSII для разработки технологий, необходимых для людей и инфраструктуры для более лёгкой и автономной работы на Луне.
Эксперимент
Специалисты выполнили испытания с использованием сферической лаборатории диаметром 4,5 метра, известной как Грязная термовакуумная камера. Эта вакуумная камера позволяет моделировать лунную среду. Название «грязная камера» обусловлено тем, что образцы, помещаемые внутрь, не всегда подвергаются очистке и/или стерилизации.
Извлечение велось из лунного реголита, воссозданного в лаборатории Земли для максимального сходства с мелкой пылью, покрывающей поверхность Луны. Эксперимент также проводился впервые в вакуумной среде при условиях температуры и радиации, аналогичных лунным.
Для получения кислорода применялась неорганическая реакция карботермического восстановления. В процессе углерод при высоких температурах разрушает химические связи между соединениями, входящими в состав реголита. Расплавленный в специальном реакторе компании Sierra Space углерод взаимодействует с реголитом, что приводит к извлечению кислорода. Необходимое для реакции тепло поступало от мощного лазера, моделирующего работу концентратора солнечной энергии, размещаемого на Луне.
Карботермическое восстановление – процесс давно применяемый на Земле для изготовления предметов повседневного использования, например, солнечных батарей и стали. В лунном камне окисленные металлы преимущественно выделяют оксид углерода или двуокись углерода, из которых можно извлечь кислород. Обнаружение этих молекул было сделано прибором под названием «Mass Spectrometer Observing Lunar Operations» (MSolo).
Будущее извлечения кислорода из реголита
Устройство, подобное MSolo, отправится на двух будущих лунных миссиях: Polar Resources Ice Mining Experiment-1, ожидаемый на Луне в 2023 году, и Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER), достигнет ее в 2024 году.
Чтобы применить процесс команды CaRD на Луне, карботермический реактор должен поддерживать нужное давление, чтобы газы не улетали в космос. В то же время, ему необходимо позволять лунному реголиту входить и выходить из зоны реакции. Эксперимент в условиях, подобных лунным, показал готовность реактора к испытаниям на уровне 6. Это означает, что прототип полностью функционален и готов к испытаниям в космосе.