В лунных образцах грунта китайские ученые выявили химические соединения, пригодные для использования в качестве катализаторов при производстве углеводородов и кислорода. Это открытие может стать основой для разработки технологии, которая обеспечит будущим лунным колонистам необходимыми ресурсами, включая топливо для возвращения на Землю.
Полвека назад человечество совершило одно из самых значительных достижений в своей истории — люди впервые побывали на другом небесном теле. Несмотря на значительные научные результаты программы «Аполлон», очевидно, что основной целью этого проекта была победа в соревновании за освоение Луны. Планируемые будущие миссии к естественному спутнику Земли направлены на подготовку к длительному пребыванию людей на его поверхности. Для этого потребуется разработка технологий, позволяющих использовать местные ресурсы.
На Луне наиболее распространены солнечный свет и реголит. Кроме того, достаточное количество воды присутствует в виде льда, причем не только в постоянно затененных кратерах в приполярных областях, но и в недрах. Необходимо предусмотреть доставку топлива для обратного пути и кислорода, жизненно важного для людей — это очевидно. В связи с этим возникает закономерный вопрос: каким образом обеспечить их производство на месте, чтобы не тратить драгоценный вес на продукты питания и научное оборудование?
Электролиз воды, приводящий к образованию кислорода и водорода, требует затрат энергии. Источником энергии может служить солнечный свет. В качестве топлива может быть использован метан, поскольку существуют отработанные методы его получения из водорода и углекислого газа. В недавней научной работе китайские ученые представили концепцию замкнутого цикла, объединяющего эти два процесса, которую они назвали «внеземным фотосинтезом». Подробное описание экспериментальной технологии опубликовано в журнале Joule.
Для осуществления «внеземного фотосинтеза» необходимы соединения, содержащие железо и титан, которые были найдены в лунном реголите. В 2020 году аппарат «Чанъэ-5» доставил образцы этого реголита на Землю. Проведенные учеными эксперименты продемонстрировали, что эти соединения выступают в роли действенных катализаторов для электролиза воды, а также для фототермического превращения углекислого газа в метан и метанол.
В целом, цикл выглядит следующим образом. Изначально местная вода или вода, доставленная с собой, подвергается разложению на водород и кислород. Водород направляется на следующие этапы технологического процесса, а кислород запасается в качестве окислителя для обратного полета и для обогащения воздуха на лунной базе. Далее углекислый газ и ранее полученный водород преобразуются посредством фототермического метода в метанол и метан. Источниками CO2 могут служить как атмосфера жилых модулей, так и сухой лед (предположительно, его на Луне тоже много).
В идеале, будущим строителям лунной базы потребуется доставить на Луну только запасной воздух и воду, а также необходимое оборудование. Основные источники энергии и ресурсы для поддержания жизни можно будет извлекать из местных месторождений. Даже расходные материалы, такие как катализаторы, не придется брать с собой. Китайские ученые намереваются протестировать разработанную ими технологию в ходе одной из ближайших беспилотных миссий к Луне.