Освоение Луны всегда вдохновляло учёных и инженеров как новый этап для человечества. Лунная база, где человек сможет долгое время находиться вне Земли, стала бы прорывом в космонавтике, но трансфер материалов с Земли на спутник требует огромных затрат. Столкнувшись с этим вызовом, исследователи по всему миру ищут решения, позволяющие производить необходимые ресурсы непосредственно на Луне, используя лунные материалы и энергию Солнца.
Лунный реголит – кладезь для космических технологий
Поверхность Луны покрыта несколькими десятками метров особого слоя — реголита, состоящего из пыли, фрагментов пород и минералов. Внутри этой массы «скрыто» небольшое количество воды – она связана с минералами или существует в форме адсорбированных молекул. Долгое время методы извлечения воды из реголита оставались неэффективными: требовали сложных систем и большого расхода энергии, что несовместимо с лунными условиями. Поэтому актуальным направлением исследований стало создание простых, автономных технологий получения воды, кислорода и топлива из лунного грунта.
Новая концепция от Лу Вана и Китайского университета Гонконга
Вдохновляющая группа изобретателей из Китайского университета Гонконга под руководством Лу Вана представила компактную установку, способную на солнечной энергии извлекать воду из лунного реголита и синтезировать важные для жизнеобеспечения вещества. Ключевая особенность опыта — использование в экспериментах как настоящих образцов, привезённых миссией «Чанъэ-5», так и их аналогов с Земли.
Сердцем установки стал катализатор на основе самого лунного грунта: в процессе участвует углекислый газ, получаемый из дыхания космонавтов, и сам реголит. Это позволяет эффективно использовать доступные ресурсы.
Принцип работы системы: простота и гениальность
Механизм действия устройства отличается простотой и элегантностью. Солнечная энергия концентрируется для нагрева реголита до температуры, при которой вода высвобождается и переходит в пар. После этого, благодаря активному участию грунта, происходит реакция между извлечённой водой и углекислым газом, приводящая к образованию трёх ценных продуктов: кислорода, водорода и монооксида углерода.
Кислород может быть использован для дыхания, а водород и монооксид углерода — компонентами для топлива, пригодного для ракетной техники и энергоустановок. Таким образом, вся система формирует взаимосвязанную производственную цепочку, охватывающую ключевые потребности будущей колонии.
Роль ильменита: природный катализатор на службе космоса
Особое значение в предлагаемом подходе играет минерал ильменит (FeTiO3) — титанистый железняк, который присутствует в реголите в удачной концентрации. Его каталитические свойства проявляются под воздействием солнечного излучения: ильменит ускоряет необходимые реакции, освобождая воду из минеральной решётки и способствуя синтезу других соединений без привлечения дополнительных, привозных катализаторов. Благодаря такому решению установка остаётся простой, компактной и не требует сложного сервиса. Это значительно облегчает перспективу её применения на Луне.
Преимущества и вызовы на пути к лунной автономии
Хотя продемонстрированный образец пока малогабаритен и носит лабораторный характер, сама технология отличается перспективностью. О возможности вывода на новые масштабы речь пока идёт с осторожностью: потребуется серьезная инженерная доработка. Одна из основных задач — адаптация оборудования к суровым условиям Луны, где температура может колебаться от −173°С ночью до +127°С днём, отсутствует атмосфера, присутствует жесткое солнечное излучение и действует низкая гравитация.
Кроме того, состав реголита варьируется в зависимости от региона спутника, что необходимости проведения дальнейших исследований по составу и свойствам грунта в разных зонах.
Часть сложности связана с тем, что на Луне практически нет свободного углекислого газа, что требует использования отработанного воздуха, который появляется в результате жизнедеятельности экипажа. Поэтому эффективное применение установки возможно прежде всего в замкнутых экосистемах, где продукты жизнедеятельности не выбрасываются, а становятся сырьём для новых технологий. Такое замыкание потоков делает будущие лунные базы более независимыми и надёжными.
Перспективы и надежда на новые горизонты освоения Луны
Эксперимент Лу Вана и его коллег из Китайского университета Гонконга стал важным шагом на пути к самодостаточному и устойчивому будущему для лунных экспедиций. Устройство, основанное на простоте работы, доступности материалов и возобновляемой энергии, указывает на реальные перспективы организации жизни на других планетах и спутниках. Принцип локального использования природных ресурсов формирует новаторский подход, радикально снижающий затраты и повышающий автономность космических колоний.
Впереди ещё немало инженерных, химических и логистических задач, но демонстрация технологии на реальных лунных материалах уже открывает перед человечеством обнадёживающие перспективы. То, что казалось фантастикой, постепенно воплощается в жизнь, приближая эпоху постоянного присутствия человека на Луне.
Источник: naked-science.ru
