ЕКА открывает Кислородный завод по производству воздуха из лунной пыли

Техническое сердце ЕКА (Европейское Космическое Агентство, англ. ESA) начало вырабатывать кислород из имитированной лунной пыли.

Прототип кислородной установки был создан в лаборатории материалов и электрических компонентов Европейского Центра космических исследований и технологий ESTEC (European Space Research and Technology Centre), расположенного в Нордвейке, Нидерланды.

«Наличие собственной установки позволяет нам сосредоточиться на производстве кислорода, измеряя его с помощью масс-спектрометра, когда он извлекается из имитатора реголита», — комментирует Бет Ломакс из Университета Глазго, чья докторская работа поддерживается в рамках инициативы ЕКА по созданию сетей и партнерству, используя передовые научные исследования для космических приложений. «Возможность получать кислород из ресурсов, найденных на Луне, очевидно, будет чрезвычайно полезна для будущих лунных поселенцев, как для дыхания, так и для местного производства ракетного топлива.»

Научный сотрудник ЕКА Александр Мерисс добавляет: «.. и теперь, когда у нас есть объект в эксплуатации, мы можем рассмотреть возможность его точной настройки, например, путем снижения рабочей температуры, в конечном итоге разработав версию этой системы, которая могла бы в один прекрасный день долететь до Луны и работать там.»

Образцы, полученные с поверхности Луны, подтверждают, что лунный реголит состоит из 40-45% кислорода по весу, его единственного наиболее распространенного элемента. Но этот кислород связан химически в виде окислов в виде минералов или стекла, поэтому недоступен для немедленного использования.

Извлечение кислорода ESTEC происходит с помощью метода, называемого электролизом расплавленной соли, включающего помещение реголита в металлическую корзину с расплавленной солью хлорида кальция в качестве электролита, нагретого до 950°C. При этой температуре реголит остается твердым. Но пропускание через него тока приводит к тому, что кислород извлекается из реголита и мигрирует через соль, собираясь на аноде. В качестве бонуса этот процесс также преобразует реголит в пригодные для использования металлические сплавы.

Кислородная установка работает бесшумно, при этом кислород, полученный в процессе, пока выпускается в выхлопную трубу, но будет храниться после будущих модернизаций системы. «Производственный процесс оставляет после себя путаницу различных металлов, — добавляет Александр, — и это еще одно полезное направление исследований, чтобы увидеть, какие наиболее полезные сплавы могут быть получены из них, и какие приложения они могут быть применены.

“Могут ли они быть напечатаны непосредственно в 3D, например, или они потребуют уточнения? Точное сочетание металлов будет зависеть от того, откуда на Луне берется реголит – будут существенные региональные различия.” Конечной целью было бы разработать «пилотную установку», которая могла бы устойчиво функционировать на Луне, а первая демонстрация технологии была бы запланирована на середину 2020-х годов.

«ЕКА и НАСА возвращаются на Луну с экипажами миссий, на этот раз с целью остаться», — говорит Томазо Гидини, руководитель отдела конструкций, механизмов и материалов ЕКА. — «Соответственно, мы переносим наш инженерный подход на систематическое использование лунных ресурсов на месте. Мы работаем с нашими коллегами из Управления по исследованию человека и робототехники, европейской промышленности и академических кругов, чтобы обеспечить первоклассные научные подходы и ключевые технологии, способствующие устойчивому присутствию человека на Луне и, возможно, когда-нибудь на Марсе.»

Оригинал статьи

Сноски

^1* Кислород и металл из лунного реголита

На левой стороне этого изображения «до и после» находится кучка имитированного лунного грунта, или реголита; на правой — после того, как практически весь кислород был извлечен из неё, оставив смесь металлических сплавов. И кислород, и металл могли бы в будущем использоваться поселенцами на Луне.

Образцы, полученные с поверхности Луны, подтверждают, что лунный реголит состоит из 40-45% кислорода по весу, его единственного наиболее распространенного элемента.

«Этот кислород является чрезвычайно ценным ресурсом, но он химически связан в материале в виде оксидов в форме минералов или стекла и поэтому недоступен для немедленного использования», — объясняет исследователь Бет Ломакс из Университета Глазго, чья докторская работа поддерживается в рамках инициативы ЕКА по созданию сетей и партнерству, использующей передовые научные исследования для космических применений.

— Это исследование дает доказательство того, что мы можем извлечь и использовать весь кислород из лунного реголита, оставляя потенциально полезный металлический побочный продукт.

— Обработка проводилась методом электролиза расплавленной соли. Это первый пример прямой порошковой обработки твердого лунного реголита имитатором, который может извлечь практически весь кислород. Альтернативные методы извлечения лунного кислорода обеспечивают значительно более низкие выходы или требуют расплавления реголита при экстремальных температурах более 1600 ° C.

Процесс включает помещение порошкообразного реголита в сетчатую корзину с расплавленной солью хлорида кальция, служащей электролитом, нагретым до 950°C. При этой температуре реголит остается твердым.

Пропускание через него тока приводит к тому, что кислород извлекается из реголита и мигрирует через соль, собираемую на аноде. Всего потребовалось 50 часов, чтобы извлечь 96% всего кислорода, но 75% можно извлечь только за первые 15 часов.

Бет добавляет: «Эта работа основана на процессе FCC – от инициалов его Кембриджских изобретателей-который был расширен британской компанией Metalysis для коммерческого производства металлов и сплавов.»

“Мы работаем с Metalysis и ESA, чтобы перевести этот промышленный процесс в лунный контекст, и результаты пока очень многообещающие”, — отмечает Марк Саймс, научный руководитель Бет в Университете Глазго.

Джеймс Карпентер, сотрудник по лунной стратегии ЕКА, комментирует: «Этот процесс даст лунным поселенцам доступ к кислороду для топлива и жизнеобеспечения, а также к широкому спектру металлических сплавов для производства на месте-точное доступное сырье будет зависеть от того, где на Луне они приземлятся.»

“Он также может быть использован для извлечения полезных материалов на Марсе, где предварительная обработка сырья даст чистые металлы и сплавы”, — добавляет инженер по материалам ЕКА Адвенит Макая.

Это опубликованное исследование можно найти здесь.

Эта неделя (13-17 января 2020 года — прим.пер.) является неделей космических ресурсов, включая двухдневный семинар по использованию космических ресурсов, организованный совместно ЕКА и люксембургским космическим агентством, с участием исследователей со всей Европы, обсуждающих будущее использование лунных, марсианских и астероидных ресурсов.

^2* Будущая лунная база

Впечатление художника от деятельности на лунной базе. Производство электроэнергии из солнечных батарей, производство продуктов питания в теплицах и строительство с использованием мобильных 3D-принтеров-роверов.