Новое устройство позволяет получать воду, кислород и топливо из лунного грунта.

Новости МирТесен

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.

На протяжении многих лет Луна представляется человечеству как вероятное место для создания обитаемой базы. Однако транспортировка необходимых ресурсов с Земли делает этот проект непомерно дорогим и затруднительным. В связи с этим ученые по всему миру разрабатывают методы обеспечения астронавтов воздухом, водой и топливом непосредственно на Луне, используя её собственные 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 формируются три значимых продукта: кислород, водород и монооксид углерода. Все эти вещества способны служить как топливо, так и компоненты, необходимые для поддержания жизни. Кислород необходим для дыхания, а водород и монооксид углерода могут использоваться 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 признал, что представленный прибор – это лишь прототип, иллюстрирующий концепцию. Разработка полноценной системы, способной обеспечить функционирование лунной базы, требует значительного времени. Создание полномасштабной установки, пригодной для практического использования, на данный момент представляет собой сложную задачу. Предстоит решить немало вопросов.

Необходимо учитывать суровые условия, царящие на Луне: значительные колебания температур (достигающие примерно минус 173 градуса ночью и плюс 127 днем), отсутствие атмосферы, интенсивное солнечное излучение и низкая гравитация. Кроме того, лунный грунт представляет собой дополнительное затруднение, поскольку он отличается неоднородностью и может существенно различаться по составу в зависимости от региона.

На Луне практически отсутствует углекислый газ, необходимый для запуска реактора. Получить его можно лишь из воздуха, который выдыхают космонавты. В связи с этим, установка сможет эффективно функционировать только в замкнутой системе, где все процессы взаимосвязаны: отходы одних операций 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.