Создан аппарат для производства воды, кислорода и топлива из лунного грунта
Одной из ключевых проблем, стоящих сегодня перед долгосрочными лунными миссиями, является обеспечение астронавтов жизненно необходимыми ресурсами — водой, кислородом и топливом. Китайские ученые создали инновационный аппарат, способный производить эти ресурсы из лунного грунта и углекислого газа. Разработка подробно описана в научном журнале Joule.
Лунный грунт как источник ресурсов
Лунный реголит содержит множество минералов, включая ильменит (FeTiO₃), который играет ключевую роль в новой методике. Кроме того, лунные породы содержат воду в виде гидратированных минералов. Однако ранее предложенные методы извлечения воды и других ресурсов из реголита были слишком сложными и энергоемкими. Это делало их непрактичными для использования в условиях ограниченной энергии на Луне.
Китайские ученые подошли к задаче с другой стороны, разработав сравнительно простой и эффективный способ переработки лунного грунта. Их реактор использует солнечную энергию, что делает его идеальным для работы в условиях лунной поверхности, где солнечная радиация доступна практически без ограничений.
Как это работает
Принцип работы аппарата основывается на фототермическом катализе — процессе, в котором солнечная энергия используется для нагрева реголита и активации химических реакций. Технология включает несколько ключевых этапов:
- Извлечение воды из грунта. Лунный грунт нагревается под воздействием солнечного света. При этом вода, содержащаяся в гидратированных минералах, высвобождается в виде пара.
- Химическая реакция с углекислым газом. Высвобожденная вода вступает в реакцию с углекислым газом (CO₂), который выделяют астронавты при дыхании. Эта реакция катализируется минералами, содержащимися в реголите, в частности ильменитом. В результате образуются угарный газ (CO), кислород (O₂) и водород (H₂).
- Получение топлива. Водород и угарный газ могут быть использованы для производства синтетического топлива, необходимого для работы оборудования или для заправки ракет. Кислород, в свою очередь, пригоден для дыхания.
Роль ильменита как катализатора
Ильменит, один из наиболее распространенных минералов в лунном грунте, оказался идеальным катализатором для описанных процессов. Он активно участвует в реакции между водой и углекислым газом, способствуя эффективному производству полезных веществ. По словам химика Лу Вана из Китайского университета Гонконга, ильменит обладает уникальными химическими свойствами, которые делают его незаменимым для данного метода.
Потенциальное применение
Разработка китайских ученых открывает новые возможности для освоения Луны. Реактор может стать основой для создания автономных лунных баз, где астронавты смогут добывать необходимые ресурсы прямо на месте, не полагаясь на регулярные поставки с Земли. Это значительно снизит затраты на космические миссии и сделает их более устойчивыми в долгосрочной перспективе.
Однако, как отмечает Хайхуэй Джой Цзян из Сиднейского университета, для практического применения технологии потребуется решить несколько важных вопросов. Например, необходимо оценить эффективность аппарата в реальных лунных условиях, где температура, давление и уровень солнечного излучения отличаются от лабораторных условий. Также предстоит разработать методы масштабирования технологии для обеспечения потребностей крупных лунных поселений.
