Из тонны реголита — 50 литров: в КНР придумали, как обеспечить водой лунные базы
Китайские исследователи предложили новый способ массового производства воды для снабжения будущих домов на Луне. Получать ценный ресурс предлагается путем реакции между лунным реголитом и водородом. В таком случае из тонны грунта можно получить более 50 кг воды.
Вода имеет решающее значение для длительного пребывания человека на Луне. Анализ проб реголита, собранных на поверхности естественного спутника Земли во время полетов американских «Аполлонов» и китайского «Чанъэ-5», показал широкую распространенность воды на Луне. Однако содержание ценного вещества в минералах чрезвычайно низкое и составляет от 0,0001% до 0,02%, поэтому добыча и использование воды на небесном теле остается сложной задачей.
Ученые из Института технологии материалов и инженерии Нинбо (NIMTE) Китайской академии наук (CAS) изучили образцы лунного реголита, доставленные китайской автоматической станцией «Чанъэ-5» в 2020 году, чтобы найти способ получения воды на спутнике Земли. Они выяснили, что солнечный ветер миллиарды лет облучал минералы грунта, из-за чего в них накопилось большое количество водорода. При нагревании до высоких температур водород вступает в реакцию с оксидами железа в минералах, образуя элементарное железо и большое количество воды. Когда температура поднимается, лунный грунт плавится, и вода, образующаяся в результате этой реакции, выделяется в виде пара.
Эксперимент, проведенный авторами работы, показал, что при нагревании грунта до температуры выше 1200 К (около 900°C) с помощью вогнутых зеркал из одного грамма расплавленного реголита может выделяться 51-76 мг воды. В таком случае из тонны камней и песка можно получить более 50 кг воды, которыми можно было бы наполнить около сотни полулитровых бутылок. Такого количества, по мнению китайских экспертов, хватило бы на один день для утоления жажды 50 человек.
Кроме того, выяснилось, что лунный ильменит (FeTiO3) содержит наибольшее количество водорода по сравнению с другими минералами в составе реголита, среди которых плагиоклаз, оливин, пироксен и лунное стекло. Благодаря своей уникальной решетчатой структуре ильмениту удается «удерживать» запасы вещества. По сравнению со своим земным аналогом, расстояние между атомами в нем значительно увеличено из-за присутствия водорода. Эксперимент также показал, что температура образования воды не обязательно должна достигать 900°C и может быть снижена до 200°C.
Исследование также показывает, что больше всего водорода сконцентрировано в приполярных областях Луны. Чем ближе к экватору, тем его концентрация ниже. Это связано с тем, что средние широты наиболее подвержены воздействию солнечного ветра, который содержит много электронов. В результате водород переходит в пар и улетучивается. На более высоких широтах воздействие солнечного ветра и излучения меньше, поэтому реголит в этих областях может удерживать больше водорода.
В конце июля китайские ученые впервые выявили в образцах лунного грунта, собранного «Чанъэ-5», молекулы воды. Они содержались в пластинчатом прозрачном кристалле. В найденном материале также нашли следы аммония, что может говорить о более сложном процессе дегазации Луны.
