Можем ли мы собирать воду на Луне, не утонув в долгах?

Мы живем в мире, где люди часто принимают важные решения, не задумываясь. Но некоторые вещи предсказуемы, в том числе то, что если вы постоянно потребляете ограниченный ресурс без повторного использования, он в конечном итоге закончится.

Однако, когда мы нацелены на возвращение на Луну, мы принесем с собой все наши вредные привычки, включая наше стремление к безудержному потреблению.

С момента открытия 1994 г. Водяной лед на Луне у космического корабля «Клементина»Возбуждение царило при мысли о возвращении на Луну. Это произошло после двух десятилетий застоя после конца «Аполлона», недомогания, которое было симптомом полного отсутствия мотивации к возвращению.

Эта вода изменила все. На полюсах Луны залежи ледяной воды скрыты в глубинах кратеров, навсегда лишенных солнечного света.

С тех пор, не в последнюю очередь благодаря Международной космической станции, мы разработали передовые технологии, которые позволяют нам очень эффективно перерабатывать воду и кислород. Это делает ценность бытовой воды для потребления людьми более хрупкой, но если население Луны увеличится, она потребует этого. Итак, что делать с водой на Луне?

Есть два общих ответа: Хранение энергии с использованием топливных элементов А также топливо и окислитель для силовой установки. От первого легко отказаться: топливные элементы рециркулируют водород и кислород путем электролиза при перезарядке с очень небольшой утечкой.

Энергия и топливо

Вторая — основная причина, по которой вода в настоящее время присутствует на Луне — более сложна, но не более убедительна. Примечательно, что SpaceX Он использует смесь метана и кислорода в своих ракетах., поэтому водородное топливо им не понадобится.

Итак, предлагается извлекать и сжигать ценный и конечный ресурс, как мы это сделали с нефтью и природным газом на Земле. Технология добычи и использования ресурсов в космосе имеет техническое название: Использование ресурсов на сайте.

А так как на Луне кислород не в дефиците (Около 40 процентов минералов Луны состоит из кислорода.), водород точно.

Извлечение воды с луны

водород Очень полезно в качестве сокращения Как и топливо. Луна — это огромный резервуар кислорода в своих минералах, но для выделения необходим водород или другие восстанавливающие вещества.

Например, ильменит представляет собой оксид железа и титана и является обычным минералом на Луне. Нагревание с водородом примерно до 1000 ° C снижает его. Вода, металлическое железо (из которого можно использовать технологию на основе железа) и оксид титана.. Вода может разлагаться на рециркулируемый водород и кислород; Последний практически не содержит ильменита. Сжигая водород из воды, мы ставим под угрозу перспективы будущих поколений: в этом суть устойчивого развития.

Но возникают и другие, более реальные проблемы. Как мы можем получить доступ к ресурсам водяного льда, похороненным у поверхности Луны? Мы располагаемся в буквально враждебной местности, в глубоких ямах, скрытых от солнечного света — без солнечной энергии — при температуре около 40 K или -233 ° C при низких температурах, у нас нет опыта крупномасштабных операций по добыче полезных ископаемых.

Вершины Вечного Света Это горные вершины, расположенные в антарктическом регионе, подверженные почти непрерывному солнечному свету. Представьте себе предложение Лаборатории реактивного движения НАСА. Солнечный свет излучается от гигантских отражателей на этих вершинах в кратеры..

Эти гигантские зеркала нужно сдвинуть с земли, посадить на эти вершины, установить и управлять ими дистанционно, чтобы осветить глубокие кратеры. Затем роботизированные горнодобывающие машины теперь могут заходить в глубокие освещенные карьеры для извлечения водяного льда с использованием отраженной солнечной энергии.

Водяной лед может быть нагрет до пара для регенерации путем прямой конвекции или микроволнового нагрева — из-за его высокой теплоемкости это потребует много энергии, которую должны обеспечивать зеркала. В качестве альтернативы его можно физически травить, а затем плавить при более умеренных температурах.

водопользование

После восстановления воды требуется электролиз на водород и кислород. Чтобы хранить его, он должен быть сжижен до минимального объема резервуара для хранения.

Хотя кислород легко сжижается, водород сжижается при 30 К (-243 ° C) и давлении не менее 15 бар. Это требует дополнительной энергии для сжижения водорода и поддержания его в жидком состоянии без кипения. Криоохлажденные водород и кислород (LH2 / LOX) необходимо транспортировать к месту их использования, поддерживая при этом низкую температуру.

Итак, теперь у нас есть запас импульса для запуска чего-либо с Луны.

Для этого потребуется стартовая площадка, которая может быть расположена на экваторе Луны, чтобы обеспечить максимальную гибкость для запуска при любом наклонении орбиты, поскольку полярная стартовая площадка будет ограничена полярными запусками — Только к запланированным Лунным воротам. Лунная стартовая площадка потребует обширного развития инфраструктуры.

Короче говоря, очевидная легкость извлечения водяного льда с полюсов Луны контрастирует со сложной инфраструктурой, необходимой для этого. Затраты на установку инфраструктуры устранят причину экономии затрат на использование ресурсов на месте.

альтернативы экстракции

Есть более предпочтительные варианты. Восстановление ильменита водородом с образованием железа, рутила и кислорода обеспечивает большинство преимуществ использования воды. Кислород составляет львиную долю смеси LH2 / LOX. Это не связано с большой инфраструктурой: тепловая энергия может вырабатываться небольшими солнечными концентраторами, встроенными в блоки обработки. Каждый блок может быть развернут там, где это необходимо — нет необходимости в больших расстояниях между точками спроса и предложения.

Следовательно, мы можем достичь почти той же функции с помощью другого маршрута, который легко реализовать для использования ресурсов на месте и который также является устойчивым за счет добычи большого количества ильменита и других лунных минералов.

Давайте не будем повторять одни и те же неустойчивые ошибки, которые мы совершили на Земле — у нас есть шанс исправить их по мере того, как мы распространяемся по Солнечной системе.

Алекс ЭллериКанада, профессор кафедры космической робототехники и космических технологий, Карлтонский университет

Эта статья была переиздана с Беседа Под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинальная статья.