Лабораторный реголит разложили на металл и газообразный кислород

Исследователям удалось получить кислород и металлические сплавы путем электрохимического воздействия на имитатор лунного реголита. В результате обработки вещества удалось выделить 96 процентов кислорода, который потенциально можно почти полностью сохранить для дальнейшего использования, что представляет интерес в контексте будущих пилотируемых лунных миссий, пишут авторы в журнале Planetary and Space Science.

Поверхность Луны представляет собой весьма недружелюбную среду: там нет атмосферы, огромный перепад суточных температур, в большинстве мест крайне сухо, а также высокий уровень радиации, связанный с беспрепятственным проникновением солнечного ветра и космических лучей. Поэтому любая долговременная обитаемая станция на Луне в первую очередь должна быть надежным укрытием от внешних условий среды.

Для удешевления и упрощения строительства лунных баз предлагается использовать как можно больше местных ресурсов. В частности, рассматривается постройка баз вблизи постоянно затененных кратеров на полюсах, где должны находиться значительные запасы водяного льда. Также многие проекты предполагают использование вещества лунной поверхности (реголита) для сооружения покровов укрытия или сохранения тепла.

Для любой продолжительной пилотируемой миссии на поверхности Луны одним из наиболее ценных ресурсов будет кислород. Во-первых, он необходим для дыхания экипажу, а во-вторых, в жидком виде он используется в качестве окислителя во многих видах двухкомпонентного ракетного топлива, причем на него приходится бо́льшая часть массы. Возможность дозаправки необходима как для более успешного освоения Луны и окружающего ее пространства, так и для полетов в дальний космос.

Британские ученые под руководством Марка Саймса (Mark Symes) из Университета Глазго провели эксперименты по получению кислорода из вещества поверхности Луны — реголита. Авторы использовали метод прямой деоксидации посредством процесса FFC, который предполагает электролиз порошка оксидов металлов в расплаве солей при температуре порядка 900 градусов Цельсия. Исследователи получили крайне высокий выход кислорода на уровне 96 процентов от исходного содержания, а вторым продуктом стали восстановленные оксиды металлов, которые также представляют ценный ресурс.

Исследования Луны советскими автоматическими зондами и американскими астронавтами показали, что кислород занимает первое место по массовой доле в реголите — на него приходится 40-45 процентов. Знание точного состава лунных пород позволяет изготавливать аналогичный по содержанию имитатор из земных минералов, который во много раз дешевле и доступнее оригинала.

За последние годы ученые предложили множество потенциальных способов выделения кислорода из реголита, но они либо обладают плохим выходом (выделяется несколько процентов содержания элемента), либо в большом количестве используют другие ценные реагенты (водород, метан и другие), либо предполагают технологически сложное расплавление реголита, для чего необходимо поддерживать температуру выше 1600 градусов.

Использованный авторами метод впервые позволил напрямую превращать порошок реголита в порошок сплавов, при этом извлекая практически весь кислород. Для этого реголит помещали в стальную ячейку, которую погружали в расплав хлорида кальция. Также в расплав вносился инертный анод из оксида олова. При протекании электрического тока составляющие реголит оксиды металлов восстанавливались, а кислород в виде газа покидал систему. В течение 50 часов эксперимента выделялось 96 процентов элемента, но три четверти образовывалось за первые 15 часов.

Авторы пишут, что им удалось собрать около трети появившегося кислорода, остальная часть прореагировала с компонентами экспериментальной установки и привела к ее коррозии. Также продемонстрированный метод добычи кислорода из реголита впервые привел к получению пригодных для использования сплавов. Основную часть твердого продукта представляли сплавы с высоким содержанием железа и алюминия, но также там были заметные количества кальция, магния, кремния и титана.

Сегодня разрабатывается проект обитаемого окололунного орбитального аппарата, о котором мы подробно писали в материале «Промежуточная станция». Недавно ученые увеличили в 100 раз оценку запасов воды в лунных кратерах и воспроизвели в лаборатории один из возможных механизмов синтеза воды на поверхности Луны.