Kaip mėnulio dulkes paversti deguonimi

Milžiniškos sferos viduje inžinieriai apžiūrėjo savo įrangą. Prieš juos stovėjo spalvingomis vielomis apipintas sidabrinis metalinis daiktas – dėžė, kuri, jų manymu, vieną dieną Mėnulyje pavers deguonimi.

Kai komanda paliko sferą, prasidėjo eksperimentas. Dėžutę primenantis aparatas dabar prarydavo nedidelį kiekį dulkėto regolito – dulkių ir aštrių grūdų mišinio, kurio cheminė sudėtis imituoja tikrą mėnulio dirvožemį.

Netrukus tas regolitas tapo gloop. Jo sluoksnis įkaista iki aukštesnės nei 1650C temperatūros. Ir, pridėjus kai kurių reagentų, deguonies turinčios molekulės pradėjo burbuliuoti.

„Dabar išbandėme viską, ką galime Žemėje“, – sako Brantas White'as, privačios bendrovės „Sierra Space“ programos vadovas. „Kitas žingsnis – nukeliauti į mėnulį“.

Šią vasarą „Sierra Space“ eksperimentas vyko NASA Džonsono kosmoso centre. Tai toli gražu ne vienintelė tokia technologija, su kuria dirba mokslininkai, nes jie kuria sistemas, kurios galėtų aprūpinti būsimoje Mėnulio bazėje gyvenančius astronautus.

Šiems astronautams reikės deguonies, kad jie galėtų kvėpuoti, bet taip pat gaminti raketų kurą erdvėlaiviams, kurie galėtų pakilti iš Mėnulio ir skristi į toliau esančias vietas, įskaitant Marsą.

Mėnulio bazės gyventojams taip pat gali prireikti metalo ir jie netgi galėtų jį nuskinti iš dulkėtų pilkų šiukšlių, kurios mėtosi Mėnulio paviršiuje.

Daug kas priklauso nuo to, ar galime pastatyti reaktorius, galinčius efektyviai išgauti tokius išteklius, ar ne.

„Tai galėtų sutaupyti milijardus dolerių nuo misijos išlaidų“, – sako ponas White'as, aiškindamas, kad alternatyva – atgabenti iš Žemės į Mėnulį daug deguonies ir atsarginio metalo – būtų sudėtinga ir brangi.

Laimei, mėnulio regolitas yra pilnas metalų oksidų. Tačiau nors, pavyzdžiui, mokslas apie deguonies išgavimą iš metalų oksidų yra gerai suprantamas Žemėje, tai padaryti Mėnulyje yra daug sunkiau. Ne mažiau dėl sąlygų.

Didžiulė sferinė kamera, kurioje šių metų liepą ir rugpjūtį buvo atlikti Sierra Space bandymai, sukėlė vakuumą ir taip pat imitavo mėnulio temperatūrą ir slėgį.

Bendrovė teigia, kad laikui bėgant turėjo patobulinti mašinos veikimą, kad ji galėtų geriau susidoroti su itin dantyta, abrazyviąja paties regolito tekstūra. „Jis patenka visur, susidėvi visokie mechanizmai“, – sako ponas White'as.

Ir vienas esminis dalykas, kurio negalite išbandyti Žemėje ar net orbitoje aplink mūsų planetą, yra Mėnulio gravitacija, kuri yra maždaug viena šeštoji Žemės gravitacija. Tik 2028 m. ar vėliau „Sierra Space“ galės išbandyti savo sistemą Mėnulyje, naudodama tikrą regolitą mažos gravitacijos sąlygomis.

Mėnulio gravitacija gali būti tikra problema kai kurioms deguonies ištraukimo technologijoms, nebent inžinieriai tai sukurs, sako Paulas Burke'as iš Johns Hopkins universiteto.

Balandžio mėnesį jis ir kolegos paskelbė referatą išsamiai aprašomi kompiuterinio modeliavimo rezultatai, kurie parodė, kaip kitokiam deguonies ištraukimo procesui gali trukdyti palyginti silpna Mėnulio gravitacinė trauka. Čia tiriamas procesas buvo išlydyto regolito elektrolizė, kuri apima elektros naudojimą Mėnulio mineralams, kuriuose yra deguonies, skaidyti, kad deguonis būtų išgautas tiesiogiai.

Problema ta, kad tokia technologija veikia formuojant deguonies burbulus ant elektrodų paviršiaus giliai pačiame išlydytame regolite. „Tai, tarkime, medaus konsistencija. Jis labai, labai klampus“, – sako daktaras Burke'as.

„Tie burbuliukai nepakils taip greitai – ir iš tikrųjų gali būti atidėtas atsiskyrimas nuo elektrodų.

Tai gali būti būdų. Galima būtų vibruoti deguonies gamybos mašinos įtaisą, kuris gali išjudinti burbuliukus.

O ypač glotnūs elektrodai gali padėti lengviau atsiskirti deguonies burbulams. Dr Burke ir jo kolegos dabar dirba su tokiomis idėjomis.

„Sierra Space“ technologija, karboterminis procesas, skiriasi. Jų atveju, kai regolite susidaro deguonies turintys burbuliukai, jie tai daro laisvai, o ne ant elektrodo paviršiaus. Tai reiškia, kad yra mažesnė tikimybė, kad jie įstrigs, sako M. White'as.

Pabrėždamas deguonies vertę būsimoms Mėnulio ekspedicijoms, daktaras Burke'as apskaičiavo, kad per dieną astronautui prireiktų deguonies kiekio, esančio maždaug dviejuose ar trijuose kilogramuose regolito, priklausomai nuo to astronauto tinkamumo ir aktyvumo lygio.

Tačiau Mėnulio bazės gyvybės palaikymo sistemos greičiausiai perdirbtų astronautų iškvėptą deguonį. Jei taip, nereikėtų apdoroti tiek daug regolito, kad Mėnulio gyventojai išliktų gyvi.

Dr. Burke'as priduria, kad tikrasis deguonies išgavimo technologijų panaudojimo atvejis yra raketų kuro oksidatorius, kuris galėtų sudaryti sąlygas ambicingiems kosmoso tyrinėjimams.

Akivaizdu, kad kuo daugiau išteklių galima gauti Mėnulyje, tuo geriau.

„Sierra Space“ sistemai reikia pridėti šiek tiek anglies, nors įmonė teigia, kad po kiekvieno deguonies gamybos ciklo didžiąją dalį jos gali perdirbti.

Kartu su kolegomis Masačusetso technologijos instituto doktorantas Palakas Patelis sugalvojo eksperimentinį išlydyto regolito elektrolizės sistemadeguoniui ir metalui išgauti iš mėnulio dirvožemio.

„Mes iš tikrųjų žiūrime į tai „pabandykime sumažinti atsargų tiekimo misijų skaičių“, – sako ji.

Kurdama savo sistemą, M. Patel ir jos kolegos sprendė daktaro Burke'o aprašytą problemą: maža gravitacija gali trukdyti atsiskirti ant elektrodų susidarančių deguonies burbuliukų. Norėdami tai kovoti, jie panaudojo „garso aparatą“, kuris išsprogdina burbulus garso bangomis, kad juos išstumtų.

Ponia Patel teigia, kad būsimos išteklių gavybos mašinos Mėnulyje, pavyzdžiui, iš regolito galėtų gauti geležies, titano ar ličio. Šios medžiagos gali padėti Mėnulyje gyvenantiems astronautams gaminti 3D atspausdintas atsargines dalis savo mėnulio bazei arba pakeisti pažeistų erdvėlaivių komponentus.

Mėnulio regolito naudingumas tuo nesibaigia. Ponia Patel pažymi, kad atlikdama atskirus eksperimentus ji išlydė imituotą regolitą į kietą, tamsią, į stiklą panašią medžiagą.

Ji su kolegomis sugalvojo, kaip šią medžiagą paversti tvirtomis tuščiavidurėmis plytomis, kurios gali būti naudingos statant konstrukcijas mėnulyje – įspūdingas juodas monolitassakyk. Kodėl gi ne?