Колонизаторы, ликуйте. Дышать на Луне станет проще: NASA научилась делать кислород из реголита с помощью света

Успех любых космических полётов давно упираются в простую вещь: на Луне нельзя купить воздух и воду. Если экипажу нужно дышать, пить и работать на поверхности, запас приходится привозить с Земли, причём в буквальном смысле по молекулам. Такой подход быстро делает миссии тяжёлыми и дорогими, а любые длительные планы превращает в расчёт, сколько ещё килограммов получится поднять на ракете.

В NASA пробуют устранить эту помеху. Вместо того чтобы возить всё с собой, агентство хочет научиться добывать часть жизненно важных ресурсов прямо на месте. Команда проекта Carbothermal Reduction Demonstration, или CaRD, сообщила о важном открытии: инженеры получили кислород из имитатора лунного грунта, используя только концентрированный солнечный свет. Параллельно тест подтвердил образование монооксида углерода, то есть угарного газа CO. Для схемы CaRD этот продукт очень важен как признак того, что реакция пошла и установка действительно работает от солнечной энергии.

Работа CaRD относится к направлению, которое в NASA называют In-Situ Resource Utilization, ISRU. Смысл простыми словами такой: вместо постоянных поставок с Земли экипаж берёт местные материалы и делает из них воздух, воду или топливо. Для Луны, очевидно, главным сырьём становится реголит. Реголит представляет собой тонкую, очень абразивную пыль, которая покрывает поверхность. На вид реголит похож на сухую золу, но химически реголит насыщен кислородом. Только кислород там не в виде газа, а связан в минералах, прежде всего в силикатах и оксидах металлов. Поэтому лунный грунт может содержать почти половину кислорода по массе, но этот кислород надо сначала высвободить.

Здесь и появляется карботермическое восстановление. Метод строится на том, что при высокой температуре углерод помогает "вытянуть" кислород из оксидов. Чтобы запустить процесс, CaRD использует солнечный концентратор. Зеркала собирают и фокусируют свет в специализированный реактор. Температура в реакторе поднимается до уровня, при котором начинается химическая реакция, и кислород отделяется от минеральной основы. Одним из выходных продуктов при этом становится CO.

Практическая выгода такого подхода понятна без сложной физики. Доставка топлива и воздуха в космос стоит очень дорого, речь идёт о тысячах долларов за фунт груза. Если часть кислорода и компонентов топлива делать на Луне, стартовые запасы можно уменьшить. Это снижает цену миссии и даёт больше свободы при планировании длительных экспедиций, где расходники становятся главным ограничением.

CaRD задумывают не только под Луну. NASA рассматривает такую технологию как основу для более универсального оборудования, которое можно адаптировать и для Марса. На Красной планете другой источник сырья: атмосфера там богата углекислым газом. Но общий принцип похожий. То же семейство систем можно настраивать так, чтобы получать кислород для дыхания и метан, который подходит в качестве топлива для обратного полёта.

Проект собирали несколькими командами. Sierra Space сделала реактор. За солнечную часть, связанную со сбором и фокусировкой энергии, отвечали NASA Glenn и компания Composite Mirror Applications. NASA Kennedy подготовил электронику для анализа, а NASA Johnson координировал системную интеграцию, чтобы все эти узлы работали как одна установка. В результате NASA получило подтверждение, что концентрированный солнечный свет может запустить нужную химическую реакцию в обработке лунного грунта и вывести установку на производство кислорода, без внешних источников энергии.