Космические миссии систематически изучают дальний космос с целью найти решения для долговременного пребывания в нем. Так, китайский зонд «Чанъэ-5», совершивший посадку на Луну в конце 2020 года, привез образец лунного грунта. Анализ структуры и состава этого образца показал его потенциал для преобразования лунной солнечной энергии. В связи с этим использование лунных ресурсов непосредственно на месте открывает широкие возможности для создания материальной основы жизнеобеспечения для лунных путешествий и обитания.
«Скоро нас ожидает быстрый рост отрасли пилотируемых космических путешествий. «— утверждает в своем заявлении Йингфанг Яо, специалист по материаловедению из университета Нанкин-Яо и один из авторов новой работы. . «Как в XVII веке сотни судов отправились в море, так и сейчас начнется новая космическая эпоха. «.
Доставка грузов в космос остается недешевой, поэтому использование ресурсов Луны вместо импорта с Земли приносит значительную экономию. Цель состоит в сокращении массы отправляемых в космос грузов для проведения обширных исследований лунной поверхности.
Лунный грунт ускорит химические реакции, подобные фотосинтезу.
Изначально предполагалось, что лунный грунт может служить катализатором для получения кислорода и других веществ при химических реакциях, копирующих фотосинтез растений с использованием солнечной энергии. Вернувшись на Землю, Яо и его команда исследовали образец лунного грунта, чтобы понять возможность его применения как катализатора в системе преобразования воды, добытой на Луне, и углекислого газа (выделяемого астронавтами) в полезные продукты для питания базы. К таким продуктам относятся кислород, водород и другие побочные продукты, пригодные для топлива, например метан.
В лунном грунте есть ли что-то, препятствующее образованию соединений, как это происходит в земном грунте? Нет, такого не наблюдается. Исследователи сначала проанализировали образец с помощью электронной микроскопии и рентгеновской дифракции для выявления каталитически активных компонентов. В составе грунта содержались железо-титановые соединения, которые могут быть полезны в реакции, имитирующей фотосинтез.
Исследователи протестировали лунный грунт в качестве катализатора в химических реакциях, важных для фотосинтеза, получая водород и кислород из углекислого газа и воды. Углекислый газ, выделяемый астронавтами, будет собираться и соединяться с водородом, полученным при электролизе воды, в процессе гидрогенизации, катализируемой лунным грунтом. Оценив работу образца лунного грунта как фотоэлектрокатализатора, фотокатализатора и фототермического катализатора, учёные обнаружили возможность полного расщепления воды и преобразования CO2 с помощью солнечной энергии, воды и лунного грунта, получая ряд целевых продуктов для жизни на Луне.
Эффективность лунного грунта как катализатора не так высока, как у доступных нам на Земле аналогов, и его количества недостаточно для производства продуктов, необходимых для поддержания жизни человека на Луне.
Изменения структуры и состава образца лунного грунта могут значительно повысить его эффективность. Команда тестирует различные подходы к улучшению конструкции, например, сплавление лунного грунта в высокоэнтропийный наноструктурный материал, который является лучшим катализатором.