Наряду с успехами в освоении космоса, в последнее время много времени и средств вкладывается в технологии, позволяющие эффективно использовать космические ресурсы. И здесь одну из первых ролей занимает поиск наилучшего способа производства кислорода на Луне.
В октябре Австралийское космическое агентство и NASA подписали соглашение о запуске австралийского лунохода в рамках программы «Артемида». Его цель – собрать образцы лунного реголита, который в конечном итоге сможет стать источником кислорода для человеческих поселений.
Хотя у Луны и есть своя атмосфера, она очень тонкая и состоит в основном из водорода, неона и аргона. Эта смесь газов не способна поддерживать жизнедеятельность кислородзависимых млекопитающих, таких как люди.
Тем не менее, на Луне действительно много кислорода. Просто он находится не в газообразной форме, а распределён внутри реголита – слоя камня и мелкой пыли, покрывающего поверхность Луны. Но если бы мы всё-таки смогли извлечь кислород оттуда, хватило бы его для поддержания жизнедеятельности человека на Луне?
Распространённость кислорода
Кислород содержится во многих земных минералах. А Луна, в основном, состоит из тех же пород, что встречаются и на Земле (хотя и с немного бóльшим количеством материала, полученного при ударе метеорных тел о поверхность нашего спутника).
Вещества вроде кремнезёма, оксидов алюминия, железа и магния доминируют среди полезных ископаемых на Луне. Все они содержат кислород, но не в том виде, к которому привыкли наши лёгкие.
На Луне эти вещества существуют в нескольких различных формах, включая покрывающие поверхность твёрдые породы, пыль, гравий и камни. Все эти породы образовались в результате ударов метеороидов о поверхность Луны в ходе бесчисленных тысячелетий.
Некоторые учёные называют поверхностный слой нашего спутника лунной почвой, но как почвовед, я не решаюсь использовать этот термин. Как мы знаем, почва – это очень особенная субстанция, встречающаяся только на Земле. Огромное количество организмов взаимодействовали с «предком» современной почвы – реголитом, полученным из твёрдых пород – и преобразовывали его на протяжении миллионов лет.
Результатом стало большое количество веществ, которых не было в исходных породах. Земная почва обладает замечательными физическими, химическими и биологическими характеристиками. Между тем, породы на поверхности Луны – это в основном реголит в его первоначальной нетронутой форме.
Одно вещество преобразуется в два
Лунный реголит состоит из кислорода на 45 процентов. Но этот кислород довольно прочно связан с упомянутыми выше веществами. Чтобы разорвать эти крепкие «узы», нам нужна энергия.
Возможно, вы слышали о таком процессе как электролиз. На Земле он, к примеру, используется в производстве алюминия. Чтобы отделить алюминий от кислорода, через жидкую форму оксида алюминия (обычно называемую глинозёмом) пропускают электрический ток, задействуя пару электродов.
В этом случае кислород образуется как побочный продукт. На Луне же он будет основным продуктом, а извлечённый алюминий (или другой металл) станет потенциально полезным побочным материалом.
Это довольно простой процесс, но есть одна загвоздка: он требует большого количества энергии. Чтобы быть устойчивым, ему постоянно нужна солнечная или другие доступные на Луне источники энергии.
Для извлечения кислорода из реголита также потребуется серьёзное промышленное оборудование. Сначала нам нужно будет преобразовать твёрдый оксид металла в его жидкую форму, используя для этого один лишь нагрев или же сочетая его с растворителями или электролитами. У нас есть технологии, чтобы сделать это на Земле, но переместить этот промышленный комплекс на Луну – и произвести достаточно энергии для его работы – будет довольно сложной задачей.
Ранее в этом году бельгийский стартап Space Applications Services объявил о строительстве трёх экспериментальных реакторов для усовершенствования процесса получения кислорода путём электролиза. Доставка этой демонстрационной технологий на Луну планируется к 2025 году в рамках миссии Европейского космического агентства по использованию ресурсов in-situ (ISRU).
Так сколько же кислорода есть на Луне?
Тем не менее, если нам удастся наладить этот процесс, сколько же кислорода на самом деле может предоставить Луна? Оказывается, довольно много.
Если отбросить в сторону кислород, содержащийся в более глубоких твёрдых породах Луны и учитывать лишь доступный на поверхности реголит, можно сделать предварительные расчёты.
Каждый кубический метр лунного реголита содержит в среднем 1,4 тонны полезных ископаемых, в том числе около 630 килограмм кислорода. NASA утверждает, что для дыхания людям жизненно необходимо примерно 800 граммов кислорода в день. Таким образом, 630 килограмм кислорода сохранят жизнь человеку примерно в течение двух лет (или чуть больше).
Теперь предположим, что средняя толщина реголита на поверхности Луны составляет около десяти метров, и что мы можем извлечь из него весь кислород. Это означает, что поверхностный слой нашего спутника сможет обеспечить достаточно кислорода, чтобы поддерживать жизнедеятельность всех восьми миллиардов людей, проживающих сейчас на Земле, где-то в течение ста тысяч лет.
Это также будет зависеть от эффективности наших технологий по извлечению и использованию этого кислорода. Тем не менее, эта цифра просто потрясает!
Но несмотря на всё вышесказанное, у нас на Земле дела все ещё обстоят довольно неплохо. И мы должны сделать всё возможное, чтобы защитить нашу голубую планету (особенно её почву).