На основе образцов, полученных в ходе миссии «Чанъэ-5», китайские ученые разработали метод извлечения воды из лунного грунта и переработки углекислого газа, выдыхаемого астронавтами. Для этого используется компактное устройство, функционирующее на солнечной энергии. Исследователи утверждают, что в перспективе их разработка позволит обеспечить лунные базы водой, кислородом и топливом.
Идея создания обитаемой базы на Луне привлекает внимание человечества на протяжении долгого времени. Однако транспортировка необходимых ресурсов с Земли делает этот проект непомерно дорогим и затруднительным. В связи с этим исследователи по всему миру стремятся найти способы обеспечения астронавтов воздухом, водой и топливом непосредственно на Луне, используя имеющиеся там ресурсы.
Лунный реголит – это верхний слой, состоящий из пыли и обломков горных пород, который покрывает всю поверхность Луны, содержит определенное количество воды, «запертой» внутри минералов. Однако методы извлечения этой воды отличаются высокой энергозатратностью и технологическими сложностями. Такие подходы трудно применять в экстремальных лунных условиях.
Теперь команда химиков и инженеров, возглавляемая Лу Ваном ( Lu Wang) из Китайского университета Гонконга предложила решение, способное существенно облегчить эту задачу.
Для проведения экспериментов исследователи создали небольшое устройство, использующее солнечную энергию. В качестве исходных материалов в нём применяются лунный грунт и углекислый газ, выделяемый в процессе дыхания человека. В ходе работ ученые использовали подлинные образцы лунного грунта, доставленные на Землю в рамках китайской миссии «Чанъэ-5» в 2020 году, а также их земные аналоги (породы и материалы, которые по составу и текстуре во многом напоминают лунные образцы).
Аппарат функционирует по довольно простому принципу. Солнечная энергия нагревает реголит до такой температуры, чтобы вода, содержащаяся в нем (как адсорбционная, так и связанная в составе минералов), перешла в газообразное состояние и стала пригодной для сбора. После этого запускается химическая реакция: вода и углекислый газ взаимодействуют. В данном процессе грунт действует как катализатор.
В итоге формируется три значимых продукта: кислород, водород и монооксид углерода. Все эти вещества могут служить как топливо, так и использоваться для обеспечения жизни. Кислород необходим для дыхания, а водород и монооксид углерода применимы в качестве составляющих ракетного топлива.
По мнению Вана, ключевым фактором в химической реакции является минерал, который он назвал ильменит (FeTiO3) — ильменит — это титанистый железный минерал. Он присутствует в лунном грунте в значительных объемах и может стимулировать необходимые процессы при воздействии солнечного света. Благодаря своим каталитическим свойствам, ильменит позволяет проводить химические реакции под воздействием солнечного излучения, не требуя дополнительных веществ или сложного оборудования.
Ван честно признался, что созданный им прибор – это лишь уменьшенная модель, служащая для демонстрации концепции. До создания полноценной системы, способной обеспечить лунной колонии, пока еще предстоит пройти значительный путь. Реализация установки большего размера, необходимой для практического использования, представляет собой сложную задачу. Для ее решения предстоит преодолеть немало препятствий.
Следует учитывать и крайне суровые условия, существующие на Луне: значительные колебания температуры (от минус 173 градуса ночью до плюс 127 днем), отсутствие атмосферы, интенсивное солнечное излучение и низкую гравитацию. Кроме того, лунный грунт представляет собой дополнительную трудность, поскольку его состав непостоянен и существенно варьируется в зависимости от местности.
На Луне практически отсутствует углекислый газ, необходимый для запуска реактора. Получить его можно только из воздуха, который выдыхают космонавты. Поэтому установка сможет эффективно функционировать лишь в замкнутой системе, где все процессы взаимосвязаны: отходы одних служат ресурсами для других.
Использование устройства доступной солнечной энергии и его работа на лунном грунте без необходимости доставки сложного оборудования с Земли знаменует собой важный этап в развитии лунных исследований.
Ознакомиться с технологией более детально можно, прочитав соответствующую статью, опубликованной в журнале Joule.