Маленький шаг для человека, большой шаг для человечества: ученые нашли способ превратить пыльную поверхность Луны в надежный источник воды. Исследователи в Китае разработали новый метод извлечения значительных объемов воды из лунного грунта, потенциально прокладывая путь для устойчивого присутствия человека на Луне. Этот инновационный процесс использует лунный реголит, пыльный поверхностный материал, и может дать более 50 кг воды всего из одной тонны лунного грунта. Результаты исследования опубликованы в журнале The Innovation.
Вода необходима для поддержания жизни, что делает ее критически важным направлением будущих лунных миссий. Хотя предыдущие миссии, такие как «Аполлон» и «Чанъэ-5», подтвердили существование воды на поверхности Луны, это не та вода, с которой мы знакомы — обычно она находится в форме гидроксильных (ОН) соединений или льда, смешанного с реголитом в постоянно затененных регионах. Из этих соединений можно извлечь только 0,0001–0,02% воды по весу.
Теперь группа под руководством профессора Цзюньцяна Вана из Института материаловедения и инженерии Нинбо (NIMTE) Китайской академии наук разработала новый подход. Реагируя с лунным реголитом — смесью мелкой пыли и битой породы на поверхности Луны — с водородом, они открыли способ получения воды в больших количествах, чем это было возможно ранее.
Процесс включает нагревание лунного реголита до чрезвычайно высоких температур, превышающих 1200 Кельвинов (около 930°C или 1700°F) с использованием концентрированного солнечного света. Это запускает химическую реакцию между реголитом и захваченным водородом, выделяя водяной пар, который затем можно собрать. Лунный грунт был доставлен на Землю в 2020 году миссией «Чанъэ-5» .
Из одного грамма расплавленного реголита можно извлечь около 51–71 миллиграмма воды. Этот процесс может дать более 50 килограммов воды на тонну лунного грунта , что достаточно для удовлетворения ежедневных потребностей в питьевой воде 50 человек. Исследователи обнаружили, что лунный ильменит (FeTiO3), особый минерал в реголите, содержит самую высокую концентрацию водорода из-за своей уникальной структуры.
Поиск и производство воды — это не только утоление жажды. Полученная вода может также использоваться для выращивания растений, которые имеют решающее значение для долгосрочных космических миссий, нацеленных на самообеспечение. Кроме того, вода может быть электрохимически разделена на водород и кислород. Кислород может обеспечить пригодный для дыхания воздух для астронавтов, в то время как водород может служить источником энергии или использоваться для производства ракетного топлива.
Открытие произошло в решающий момент, поскольку и Китай, и Роскосмос (российское космическое агентство) планируют создать Международную лунную исследовательскую станцию (ILRSP) в южном полярном регионе Луны к 2040 году. Этот новый метод добычи воды на месте может значительно сократить логистические проблемы транспортировки воды с Земли, что является чрезвычайно дорогостоящим и трудоемким. В отличие от Международной космической станции, которую можно пополнить относительно быстро, лунные миссии по пополнению запасов заняли бы несколько дней, что делает использование ресурсов на месте необходимым.
Несмотря на многообещающие результаты, все еще есть проблемы, которые необходимо решить. Этот метод может работать только в течение лунных дней в южном полярном регионе из-за наличия солнечного света. Лунный день длится около двух недель. В течение лунной ночи, еще две недели, не будет солнечного света, необходимого для реакции. Исследователи предполагают, что развертывание сети солнечных зеркал или спутников для направления солнечного света на перерабатывающие предприятия могло бы смягчить эту проблему, но все это звучит чрезвычайно сложно.
Кроме того, эффективность процесса может варьироваться в зависимости от состава лунного грунта в разных местах. Будущие миссии, включая запланированную Китаем миссию «Чанъэ-6», продолжат собирать образцы из разных частей Луны, чтобы проверить жизнеспособность этого метода в разных регионах.
Для лунного поселения подходит всего несколько мест, и эти ограничения еще больше сузят наши возможности. Кроме того, необходимы дальнейшие исследования для оптимизации энергетических потребностей и понимания долгосрочной жизнеспособности этого метода.
Тем не менее, это захватывающее достижение. Поскольку космические агентства по всему миру стремятся создать постоянные базы и исследовательские станции, возможность производить воду на месте станет переломным моментом, сократив расходы и сделав долгосрочное исследование Луны более осуществимым.
