5 декабря, 2021

bolgrad

Находите самые свежие мировые новости со всего мира в Болграде.

В лунном реголите достаточно кислорода, чтобы поддерживать на Луне миллиарды людей

Когда дело доходит до будущего освоения космоса, разработчикам миссий необходимо соблюдать ряд правил. Самое главное — это концепция Использование ресурсов на сайте (ISRU), предоставляя продукты питания, воду, строительные материалы и другие жизненно важные предметы, используя местные ресурсы. А когда дело доходит до миссий на Луну и Марс в ближайшие годы, способность собирать лед, реголит и другие предметы имеет важное значение для успеха миссии.

готов к Миссии Артемиды, Планировщики НАСА сосредотачиваются на поиске оптимального способа производства газообразного кислорода (O2) всего элементарного кислорода, захваченного пылью с поверхности Луны (также известной как лунный реголит). факт, Текущие оценки Указывает на то, что в 10 метрах (33 футах) лунного реголита достаточно элементарного кислорода для образования достаточного количества кислорода.2 Для каждого человека на Земле в ближайшие 100 000 лет — более чем достаточно, чтобы заселить Луну!

Хотя атмосфера Луны чрезвычайно тонкая и содержит элемент кислород, она настолько тонка, что ученые описывают Луну как «безвоздушное тело». Но внутри лунного реголита, мелкого порошка и скальных пород, покрывающих поверхность, в лунных породах и реголите содержится большое количество кислорода. Эта мелкая пыль, также известная как «лунная пыль», пронизывает поверхность Луны и является результатом миллиардов лет ударов метеоритов и комет.

в соответствии с Джон Грант, преподаватель почвенных наук в Университете Южного Креста, Австралия, лунный реголит на 45% состоит из кислорода. Однако этот кислород связан с окисляющими минералами, особенно с кремнеземом, алюминием, железом и магнием. Одинаковый состав этих минералов примерно соответствует составу минералов, обнаруженных на Земле, что привело к теории о том, что система Земля-Луна сформировалась вместе миллиарды лет назад (иначе говоря. Гипотеза гигантского удара).

Однако для того, чтобы этот кислород стал пригодным для использования будущими астронавтами и лунными жителями, он должен быть извлечен из всего этого реголита, что требует много энергии для разрыва химических связей. На Земле этот процесс (известный как электролиз) чаще всего используется для производства металлов, при котором растворенные оксиды подвергаются воздействию электрического тока для отделения металлов от кислорода.

В этом случае газообразный кислород образуется в качестве побочного продукта, чтобы можно было производить металлы для строительства и производства. Но на Луне кислород будет основным продуктом, в то время как минералы будут отложены в качестве полезного побочного продукта — скорее всего, для создания среды обитания. Как объяснил Грант в недавней статье в Сохранение, процесс прост, но имеет два основных недостатка при адаптации к пространству:

«[I]Он очень голоден. Чтобы быть устойчивым, он должен поддерживаться солнечной энергией или другими источниками энергии, доступными на Луне. Для извлечения кислорода из реголита также требуется крупное промышленное оборудование. Сначала нам нужно будет преобразовать твердый оксид металла в жидкую форму либо путем нагревания, либо путем смешивания тепла с растворителями или электролитами. У нас есть технологии, чтобы сделать это на Земле, но доставить это устройство на Луну — и произвести достаточно энергии для его питания — будет огромной проблемой.

Лунная база Европейского космического агентства показывает свое местоположение в кратере Шеклтона. Кредит: SOM / ESA

Короче говоря, процесс должен быть более энергоэффективным, чтобы считаться устойчивым, что может быть достигнуто за счет солнечной энергии. Вокруг бассейна Антарктиды и Эйткена солнечные батареи могут быть расположены по краям постоянно затененных кратеров, чтобы обеспечить непрерывный поток энергии. Но получить там промышленное оборудование все равно будет огромная проблема.

Но когда мы строили инфраструктуру, все еще стоял вопрос, сколько кислорода мы сможем извлечь. Как указывает Грант, если мы будем рассматривать только легкодоступный реголит на поверхности и учитывать данные, предоставленные НАСА и Лунный планетарный институт (LPI) возможны некоторые оценки:

Каждый кубический метр лунного реголита содержит в среднем 1,4 тонны минералов, в том числе около 630 килограммов кислорода. НАСА заявляет, что людям нужно дышать около 800 граммов кислорода в день, чтобы выжить. Таким образом, 630 кг кислорода сохранят жизнь человеку примерно на два года (или чуть больше).

Теперь предположим, что средняя глубина реголита на Луне составляет около десяти метров, и что мы можем извлечь из него весь кислород. Это означает, что в десяти метрах от поверхности Луны будет достаточно кислорода, чтобы поддерживать восемь миллиардов человек на Земле в течение примерно 100 000 лет ».

Иллюстрация астронавтов Артемиды на Луне. Кредиты: НАСА

Во многих отношениях оценка того, как астрономическое тело представит возможности для ISRU, похожа на поиск полезных ископаемых. Например, НАСА недавно объявленный Металлический астероид Психея II может содержать драгоценные металлы и руды на сумму до 10 000 квадриллионов долларов. В 2022 г. дух Зонд встретится с этим астероидом, который может быть первичным остатком планеты, потерявшей внешние слои, чтобы изучить его более внимательно.

Конечно, некоторые не согласны с такой оценкой, отмечая, что Pysche II состав и плотность Не очень сдержанный. По мнению других, оценки такого рода игнорируют огромные затраты на извлечение этого богатства, для чего необходимо заранее создать обширную инфраструктуру. Даже в этом случае перенос такой массы из пояса астероидов на Землю представляет множество логистических проблем.

То же самое и с добычей астероидов — прибыльным предприятием, которое может привести к добыче триллионов околоземных астероидов (АСЗ) в ближайшем будущем. Однако это также зависит от создания надежной инфраструктуры космической добычи полезных ископаемых, которая все еще находится в стадии разработки концепции. К счастью, когда дело доходит до создания инфраструктуры, связанной с ISRU, на Луне, предлагаемые маршруты и маршруты существуют с 1960-х годов.

В ближайшие годы на Луну будет отправлено несколько миссий для дальнейшего изучения этих возможностей, две из которых Грант цитирует в своей статье. в начале октября, НАСА подписало сделку с австралийское космическое агентство Разработать небольшой космический корабль, который можно будет отправить на Луну уже в 2026 году. Цель этого космического корабля — собрать образцы лунного реголита и передать их в систему ISRU НАСА на коммерческом лунном посадочном модуле.

Художественная иллюстрация нового скафандра, разрабатываемого НАСА для астронавтов Артемиды. Это называется xEMU, или экспедиционная единица внекорабельной мобильности. кредит: НАСА

Также стартап в Бельгии космические прикладные системы Прошлым летом SAS объявила о строительстве трех экспериментальных реакторов на Луне. Они были одним из четырех финалистов, нанятых Европейским космическим агентством (ESA) на разработку компактного демонстрационного прибора, который может собирать кислород для производства топлива для космических кораблей, воздуха для космонавтов и металлического сырья для оборудования.

Компания надеется отправить технологию на Луну в рамках запланированного Европейского космического агентства. ISRU. Демонстрация Миссия, которая в настоящее время намечена на Луну к 2025 году. Эти и другие технологии используются для обеспечения долгожданного возвращения человечества на Луну.

Углубленное чтение: БеседаА также НАСА

READ  Астрофизик находит новые математические решения старой проблемы астрономии.