На Луне предложили создать комплекс для производства кислорода

Исследовательская группа под руководством научного сотрудника Европейского космического агентства (ЕКА) Эйдана Коули в своей новой работе изучила возможности самостоятельного обеспечения лунных баз ключевыми ресурсами, в частности – кислородом. 

Это важное вещество необходимо как для поддержания жизнедеятельности человека, так и в качестве окислителя для ракетного топлива (в жидком агрегатном состоянии). Последнее особенно актуально, учитывая удобное расположение Луны. Ракетам, запускаемым с Земли в точку Лагранжа L1 системы «Земля— Луна», необходимо около 25 кг кислородно-водородного топлива (примерно 21,4 кг кислорода и 3,6 кг водорода) для транспортировки 1 кг полезной нагрузки, в то время как носителям, запускаемым в эту же точку с Луны, понадобилось бы всего 4 кг топлива.

Для того чтобы покинуть точку Лагранжа системы «Земля — Луна» и отправиться в более удаленные от Солнца области, требуется меньше энергии, чем для старта с низкой околоземной орбиты. Это означает, что топливо, получаемое на Луне, в конечном итоге оказывается более ценным, по крайней мере, с точки зрения научных исследований.

Самым очевидным источником кислорода и водорода является вода. Она есть на Луне, однако в каком количестве — пока неизвестно (очевидно, в очень малом по сравнению с содержанием в земных породах). В связи с этим исследователи решили найти альтернативные варианты. Они определили, что добывать ценный ресурс можно из довольно распространенного на естественном спутнике Земли минерала под названием ильменит (FeTiO3).

Это не самый простой способ получения кислорода — оксиды железа в этом плане выигрывают, — но он хорошо изучен. Кроме того, по разным данным, содержание ильменита в общем объеме пород на Луне колеблется от 1 до 20%. Ильменит включен в морские базальты (породы, находящиеся в лунных морях).

Для этого ученые предлагают соединять ильменит с водородом при высоких температурах (до 800-1100°C). В результате реакции образуется двуокись титана, чистое железо и вода, которую можно расщепить на водород и кислород при помощи электролиза. Водород можно возвращать в систему для дальнейшего разложения новых партий ильменита, а кислород — использовать для заявленных целей. Побочными продуктами пиролиза очищенные железо и титан, которые могут быть полезны, например, для изготовления будущих конструкций.

Для пиролиза ильменита и электролиза воды потребуется электричество. Исследователи выяснили, что почти вся энергия тратится на трех стадиях процесса:

• высокотемпературная реакция с водородом (пиролиз), в результате которой образуется вода (55%);

• последующее расщепление (электролиз) воды (38%);

• ожижение полученного кислорода (5%).

Исследователи определили, что для получения 1 кг кислорода таким способом понадобится 24,3 кВт*ч энергии при условии, что концентрация ильменита в лунных породах составляет 10%. Сложность заключается в том, что нам потребуется огромное количество кислорода — как для дыхания, так и для использования в качестве окислителя в ракетном топливе.

По расчетам ученых, чтобы доставить пустой корабль Starship компании SpaceX с поверхности Луны в точку Лагранжа системы «Земля — Луна» потребуется около 80 тонн жидкого кислорода. Для получения этого количества нужно переработать не менее 763 тонны ильменита (а скорее всего, в 5-10 раз больше), что в результате выльется в тысячи и десятки тысяч тонн лунного грунта. Не стоит забывать, что полностью заправленный корабль может вмещать более 500 тонн жидкого кислорода. Короче, нужен целый горно-обогатительный комбинат, пусть даже не такой огромный, как земные.

Так, если оснастить лунную базу 1,2 МВт ядерным реактором или аналогичным источником энергии, будет возможно получать около 100 тонн кислорода в год. Такого количества будет достаточно, чтобы обеспечить жизнедеятельность примерно 300 человек. Этого также хватит на проведение одного полета космического корабля Starship с поверхности Луны в точку Лагранжа L1 — для этого ему потребуется около 80 тонн жидкого кислорода.

Ранее российские ученые назвали три самых благоприятных места на Луне для посадки автоматических межпланетных станций. Все они расположены в центральной и южной частях кратера Аполлон, который, в свою очередь, находится на дне Бассейна Южный полюс — Эйткен.