Będzie test produkcji tlenu na Księżycu. Najważniejsze, trzeba uwinąć się w 10 dni

Produkcja tlenu to jedno z najważniejszych wyzwań jakie stawiane jest przed planistami załogowych misji na inne ciała niebieskie. Na Marsie się to już nam udało, teraz trzeba będzie tylko przeskalować proces do większej skali, która zapewni ilość tlenu wystarczającą dla przebywających tam w przyszłości astronautów.

Jaka by nie była w przyszłości Księżycowa baza, bez tlenu astronauci się tam nie obejdą. Bez wody zresztą też

Ale zanim trafimy na Marsa z pewnością zatrzymamy się, i to nie tylko na chwilkę, na Księżycu. Ten choć wydaje się jeszcze bardziej jałowy niż Mars, obfituje jednak w zasoby, które pozwolą astronautom zadbać o przeżycie.

Tlen z wody? W przypadku Księżyca nie jest to najlepszy pomysł

Z obserwacji prowadzonych z Ziemi i orbity wiemy już, że jest tam woda i wydaje się ona naturalnym źródłem tlenu. Wcale nie trzeba jej szukać w zacienionych kraterach w pobliżu księżycowych biegunów. Wodę znaleziono w księżycowej glebie w okolicach krateru Klawiusz na oświetlonej części Księżyca.

Trzeba jednak pamiętać, że woda jest w niej zgromadzona w ilości 100 razy mniejszej niż gdyby szukać jej na pustynnych terenach Sahary. Z metra sześciennego księżycowej gleby można wydobyć wodę, która wypełni jedynie małą buteleczkę (330 ml). Poza tym nie potwierdzono powszechnego występowania wody na całej powierzchni Księżyca.

Lepiej wydobywać tlen bezpośrednio z regolitu, bo ma to przyjemny skutek uboczny

Może więc do problemu trzeba podejść z innej strony. Sam tlen obecny jest bowiem w księżycowym regolicie w znacznie większej obfitości niż wynikałoby to z poszukiwań samej wody. Analiza próbek przywiezionych z Księżyca, i pobranych w różnych miejscach, wskazuje, że masowo tlen stanowi aż 40-45% składu regolitu. I to na wydobyciu tego całego tlenu, a nie samej wody, należy się skupić.

Można do tego wykorzystać proces bazujący na zjawisku elektrolizy. Wykorzystuje się w niej regolit zmieszany z solami chlorku wapnia (pełnią one rolę elektrolitu), który jest podgrzany do 950 stopni. W takiej temperaturze regolit wciąż zachowuje konsystencję proszku.

Po lewej regolit przed przetworzeniem, po prawej to co pozostaje po wydobyciu tlenu

Skuteczność procesu ekstrakcji tlenu przypomina ładowanie akumulatora w telefonie. Początkowo proces ekstrakcji tlenu jest bardzo efektywny, tak jak akumulator szybko się ładuje, ale im mniej tlenu pozostaje w regolicie tym wolniej jest on wydobywany. Można zatem ograniczyć się do częściowej tylko ekstrakcji, tak jak akumulator ładujemy czasem tylko w kilkudziesięciu procentach i zwykle spokojnie wystarcza nam to na pracę przez cały dzień.

Korzyści w przypadku takiego procesu wydobycia tlenu byłyby podwójne. Eksperymenty przeprowadzone na Ziemi wskazują, że nie tylko tlen będzie wartościowym produktem. To co pozostanie będzie stanowiło mieszankę metali. Te astronauci mogą wykorzystać jako surowiec do budowy różnego rodzaju przydatnych im konstrukcji i urządzeń.

Koncepcja ekstrakcji tlenu jest podobna jak na Marsie, a tam już udało się to zrobić

Koncept produkcji tlenu jest więc znany, zresztą inny jego wariant, z wykorzystaniem gazów atmosferycznych został wykorzystany na Marsie. Eksperyment MOXIE na pokładzie łazika Perseverance stanowi miniaturową wersję dużego urządzenia, które kiedyś może przydać się astronautom. I podobnie w przypadku księżycowej fabryki tlenu, najpierw musimy przeprowadzić testy niewielkiego prototypu, zanim zaczniemy myśleć o produkcji tlenu na skalę przemysłową.

Thales Alenia Space UK. Firma która ma zbudować demonstrator urządzenia do produkcji tlenu

Firmą, która postanowiła stawić czoła takiemu wyzwaniu i została wybrana przez ESA do zbudowania demonstratora, który będzie wysłany na Księżyc, jest brytyjski oddział Thales Alenia Space.

Produkcja tlenu w warunkach laboratoryjnych na Ziemi z mieszanki odpowiadającej składem regolitowi z Księżyca wychodzi nam już dobrze

Celem jest wydobycie od 50 do 100 gramów tlenu z księżycowego regolitu, co wedle szacunków oznaczać będzie 70% skuteczność procesu ekstrakcji. Przy okazji w trakcie eksperymentu dowiemy się, czy to co udawało się w laboratoriach na Ziemi da się przeprowadzić także na Księżycu. Test może bowiem pójść inaczej niż się spodziewamy, ale to również będzie ważny rezultat.

Dlaczego na wydobycie tlenu będzie tylko 10 dni?

Założenia dotyczące demonstracji produkcji tlenu na Księżycu, uwzględniają wykorzystanie urządzenia zasilanego energią słoneczną. A ponieważ dzień na Księżycu trwa dwa tygodnie, po których następuje również dwutygodniowa noc, warto, by eksperyment został zrealizowany w przeciągu tego pierwszego księżycowego dnia.

Z dwóch tygodni pozostaje więc około 10 dni, gdy zasilanie słoneczne będzie wystarczająco efektywne. Urządzenia księżycowe mogą przetrwać księżycową noc, czego dowodem jest chiński łazik Yutu-2, ale nie to jest celem tego eksperymentu.

Wizja uniwersalnego europejskiego lądownika EL3

Wskazówki dotyczące budowy takiej testowej minifabryki tlenu zakładają również, że będzie ona na tyle mobilna, że da się ją dostarczyć na Księżyc praktycznie dowolnym lądownikiem jaki powstanie w przyszłości. Dziś istnieje kilka koncepcji takiego pojazdu, najwięcej chyba mówiło się o lądowniku SpaceX, ale również ESA ma swój projekt.

To tak zwany EL3, czyli European Large Logistics Lander. Jego przeznaczenie obejmuje nie tylko dostarczanie aparatury, ale w przyszłości być może także ludzi z zapasami.

Źródło: ESA, inf. własna, fot. wejściowe: Thales Alenia Space UK