Впиться бы в прохладный душ, полить теплицу и вернуться домой. Жара добавить – как раз! Китайские ученые предложили новую методику получения воды из лунного грунта даже с минимальной концентрацией влаги. Ее эффективность проверена на образцах реголита, доставленных миссией «Чанъэ-5».
Вода незаменима для любого дела человека. С её помощью человек моет ся, готовит еду и конечно же пьет. Жизнедеятельная влага необходима многим технологическим и медицинским процессам. Из воды можно получить топливную пару для ракетных двигателей: кислород с водородом (при наличии электричества).
С незапамятных времен любые людские путешествия в значительной степени зависели от доступности питьевой воды. Без возможности восполнить запасы по пути невозможно безопасно передвигаться пешком, верхом, водным или воздушным транспортом дольше, чем позволяет безжалостная математика уравнения «объем бочки делённый на минимальный дневной норматив потребления всеми участниками экспедиции». Космонавтика не является исключением. При этом взять с собой более вместительную емкость очень трудно — каждый килограмм полезной нагрузки имеет значение.
По этой причине любые продолжительные космические путешествия или посещения небесных тел без воды, таких как Марс и Луна, чрезвычайно сложны с технической точки зрения. Важность рабочих способов пополнения запасов воды для будущего космонавтики несомненна. Китайские специалисты, похоже, добились небольшого прорыва в освоении естественного спутника Земли. Экспериментально подтверждено, что при помощи сравнительно простой технологии можно легко обеспечить лунную экспедицию местной водой для всех ее возможных применений в полном объеме.
В наличии вода на Луне — факт, однако её количество незначительно. H2O и гидроксид-иона (OH–Содержание воды в лунном реголите колеблется от десяти до тысячи частей на миллион. В самом лучшем случае из тонны грунта получится килограмм воды. Новая методика, разработанная китайскими исследователями, позволяет увеличить этот показатель в пятьдесят раз. При этом работали они с образцами «Чанъэ-5», которые содержат всего лишь 283 части воды на миллион.
Большая часть воды, найденной на Луне, вырабатывается непосредственно в грунте. Солнечный ветер, состоящий главным образом из протонов, обстреливает лунную поверхность. Эти протоны «крадут» электроны у молекул, попадающихся на их пути, превращаясь в атомарный водород. Большая часть такого водорода сразу же покидает космическое пространство, но некоторое количество успевает вступить в реакцию или остаётся застрявшим в кристаллической решетке различных минералов.
В первом случае атомарный водород может занять кислород у какого-либо оксида, вследствие чего появляется гидроксил-ион. Добавив еще один атом водорода, образуется молекула воды. Поскольку поверхность места посадки «Чанъэ-5» сравнительно молодая, в ней накопилось недостаточно много… OH– или H2OВ нанополостях минералов реголита находится существенно больше скрытого атомарного водорода. Лабораторные исследования выявили, что в исследуемых образцах содержалось не менее 0,56 процента атомарного водорода по массе.
Для получения воды его нагревают до 1200-1500 градусов. В таком случае атомарный водород эффективно восстанавливает оксиды металлов, особенно железа, при этом побочным продуктом становится вода. Температуры высокие, но достижимые, например, с помощью гелиоконцентратора — зеркала, фокусирующего солнечный свет на малой площади. Такие установки способны сравнительно быстро выпаривать воду из лунного грунта в промышленных масштабах. Отходы этого процесса можно использовать как строительный материал или сырье для добычи металлов.
Статья содержит детальное изложение эксперимента, его методики и комплексного обзора предлагаемой технологии. опубликованаВ журнале The Innovation авторы исследования рассчитали, что из одного грамма реголита, собранного «Чанъэ-5», можно получить 51-76 миллиграммов воды и 157 миллиграммов чистого железа. Из одной тонны получается не менее 50 килограммов питьевой воды. Китайские ученые указывают, что этого хватит на обеспечение жидкостью полусотни лунных колонистов. NASAНеобходимо минимум два бачка, а во время работы в скафандре — ещё больше (240 миллилитров на каждый час работы).
Рационально предполагать, что при старом реголите или его образцах, взятых ближе к полюсам, выработка воды с тонны породы может быть существенно выше. Это позитивная новость: даже если полностью обеспечить экспедицию за счет местных ресурсов не получится, можно рассчитывать на пополнение запасов и брать с Земли минимальное количество.
Кроме того, существует лунная вечная мерзлота — подповерхностные слои грунта с повышенным содержанием ледяных кристаллов (0,1-1 процента по массе), которые присутствуют в некоторых приполярных регионах. Учитывая всё вышесказанное, будущее экспедиций на Луну выглядит более оптимистичным.