Внутри гигантской сферы инженеры изучали свое оборудование. Перед ними стояла серебристая металлическая штуковина, обернутая разноцветными проводами – коробка, которая, как они надеются, однажды будет производить кислород на Луне.

Как только команда покинула сферу, эксперимент начался. Коробчатая машина теперь поглощала небольшое количество пыльного реголита — смеси пыли и острого песка, химический состав которой имитировал настоящий лунный грунт.

Вскоре этот реголит превратился в глину. Его слой нагрелся до температуры выше 1650°С. А при добавлении некоторых реагентов кислородсодержащие молекулы начали выбрасываться наружу.

«Сейчас мы проверили на Земле все, что могли», — говорит Брант Уайт, менеджер программы частной компании Sierra Space. «Следующий шаг — полет на Луну».

Этим летом эксперимент Sierra Space развернулся в Космическом центре имени Джонсона НАСА. Это далеко не единственная подобная технология, над которой работают исследователи, поскольку они разрабатывают системы, которые могли бы снабжать астронавтов, живущих на будущей лунной базе.

Этим астронавтам кислород понадобится не только для дыхания, но и для производства ракетного топлива для космических кораблей, которые могут стартовать с Луны и отправиться в далекие пункты назначения, включая Марс.

Обитателям лунной базы также может потребоваться металл, и они могут даже добывать его из пыльного серого мусора, засоряющего лунную поверхность.

Многое зависит от того, сможем ли мы построить реакторы, способные эффективно добывать такие ресурсы, или нет.

«Это могло бы сэкономить миллиарды долларов на стоимости миссии», — говорит г-н Уайт, объясняя, что альтернатива — доставка большого количества кислорода и запасного металла на Луну с Земли — будет трудной и дорогой.

К счастью, лунный реголит полон оксидов металлов. Но если наука извлечения кислорода из оксидов металлов, например, хорошо изучена на Земле, то на Луне сделать это гораздо сложнее. Не в последнюю очередь из-за условий.

Огромная сферическая камера, в которой в июле и августе этого года проходили испытания Sierra Space, создавала вакуум, а также моделировала лунные температуру и давление.

Компания заявляет, что со временем ей пришлось улучшить работу машины, чтобы она могла лучше справляться с чрезвычайно неровной, абразивной текстурой самого реголита. «Оно проникает повсюду, изнашивает всевозможные механизмы», — говорит г-н Уайт.

И одна важная вещь, которую невозможно проверить на Земле или даже на орбите нашей планеты, — это лунная гравитация, которая составляет примерно одну шестую земной. Возможно, только в 2028 году или позже Sierra Space сможет протестировать свою систему на Луне, используя настоящий реголит в условиях низкой гравитации.

Гравитация Луны может стать настоящей проблемой для некоторых технологий извлечения кислорода, если инженеры не спроектируют ее, говорит Пол Берк из Университета Джонса Хопкинса.

В апреле он и его коллеги опубликовал статью подробное описание результатов компьютерного моделирования, которое показало, как относительно слабое гравитационное притяжение Луны может препятствовать другому процессу извлечения кислорода. Исследуемый здесь процесс представлял собой электролиз расплавленного реголита, который включает использование электричества для расщепления лунных минералов, содержащих кислород, с целью прямого извлечения кислорода.

Проблема в том, что такая технология работает за счет образования пузырьков кислорода на поверхности электродов глубоко внутри самого расплавленного реголита. «Это консистенция, скажем, меда. Оно очень, очень вязкое», — говорит доктор Берк.

«Эти пузырьки не будут подниматься так быстро – и их отделение от электродов может произойти с задержкой».

Могут быть способы обойти это. Можно было бы заставить вибрировать устройство, производящее кислород, и это могло бы освободить пузырьки.

А сверхгладкие электроды могут облегчить отделение пузырьков кислорода. Доктор Берк и его коллеги сейчас работают над подобными идеями.

Технология Sierra Space — карботермический процесс — иная. В их случае кислородсодержащие пузырьки, образующиеся в реголите, происходят свободно, а не на поверхности электрода. Это означает, что вероятность того, что они застрянут, меньше, говорит г-н Уайт.

Подчеркивая ценность кислорода для будущих лунных экспедиций, доктор Берк подсчитал, что астронавту в день потребуется количество кислорода, содержащееся примерно в двух или трех килограммах реголита, в зависимости от физической подготовки и уровня активности астронавта.

Однако системы жизнеобеспечения лунной базы, скорее всего, будут перерабатывать кислород, выдыхаемый астронавтами. Если бы это было так, то не было бы необходимости обрабатывать столько реголита только для того, чтобы сохранить жизнь лунным жителям.

Реальный вариант использования технологий извлечения кислорода, добавляет д-р Берк, заключается в обеспечении окислителя для ракетного топлива, которое могло бы обеспечить амбициозные исследования космоса.

Очевидно, что чем больше ресурсов можно добыть на Луне, тем лучше.

Система Sierra Space требует добавления некоторого количества углерода, хотя компания заявляет, что может перерабатывать большую его часть после каждого цикла производства кислорода.

Вместе с коллегами Палак Патель, аспирант Массачусетского технологического института, придумал экспериментальный метод. система электролиза расплавленного реголитадля извлечения кислорода и металлов из лунного грунта.

«На самом деле мы смотрим на это с точки зрения: «Давайте попробуем свести к минимуму количество миссий по пополнению запасов», — говорит она.

При разработке своей системы г-жа Патель и ее коллеги решили проблему, описанную доктором Берком: низкая гравитация может препятствовать отделению пузырьков кислорода, образующихся на электродах. Чтобы противостоять этому, они использовали «ультразвуковой аппарат», который взрывает пузырьки звуковыми волнами, чтобы выбить их.

Г-жа Патель говорит, что будущие машины по добыче ресурсов на Луне смогут, например, получать железо, титан или литий из реголита. Эти материалы могут помочь астронавтам, живущим на Луне, создавать напечатанные на 3D-принтере запасные части для своей лунной базы или компоненты для замены поврежденных космических кораблей.

На этом польза лунного реголита не заканчивается. Г-жа Патель отмечает, что в отдельных экспериментах она расплавила искусственный реголит в прочный, темный, похожий на стекло материал.

Она и ее коллеги придумали, как превратить это вещество в прочные полые кирпичи, которые могут быть полезны для строительства конструкций на Луне. внушительный черный монолитсказать. Почему нет?