Лунный грунт можно использовать для производства кислорода и топлива для астронавтов на Луне

Представление художника о форме лунной базы. Ученые, изучающие, можно ли использовать лунные ресурсы для облегчения исследований человека на Луне или за ее пределами, сообщили, что лунный грунт содержит активные соединения, которые могут преобразовывать углекислый газ в кислород и топливо. Предоставлено: ESA — П. Каррил.

Почва на Луне содержит активные соединения, которые могут преобразовывать углекислый газ в кислород и топливо, согласно новому исследованию ученых из Китая, опубликованному 5 мая 2022 года в журнале. джоули. В настоящее время они изучают, можно ли использовать лунные ресурсы для облегчения исследования человека на Луне или за ее пределами.

Ученые-материаловеды из Нанкинского университета Инфан Яо и Чжиган Цзоу надеются разработать систему, которая будет использовать преимущества лунного грунта и солнечной радиации — двух самых распространенных ресурсов на Луне. После анализа лунного грунта, доставленного китайским космическим кораблем «Чанъэ-5», исследовательская группа обнаружила, что образец содержит соединения, в том числе материалы, богатые железом и титаном, которые могут действовать как катализатор для производства желаемых продуктов, таких как кислород, с использованием солнечного света и углекислого газа. .

На этом изображении показан образец лунного грунта, доставленный китайским космическим кораблем «Чанъэ 5» Предоставлено: Yingfang Yao.

Основываясь на наблюдении, команда предложила стратегию «внеземного фотосинтеза». По сути, система использует лунный грунт для разложения воды, извлеченной с Луны и в выхлопных газах астронавтов, на кислород и водород, питаемые солнечным светом. Углекислый газ, выделяемый лунными обитателями, также собирается и соединяется с водородом в результате электролиза воды во время процесса гидрогенизации, стимулируемого лунным грунтом.

В процессе образуются углеводороды, такие как метан, которые можно использовать в качестве топлива. Исследователи говорят, что эта стратегия использует не внешнюю энергию, а солнечный свет для производства различных желаемых продуктов, таких как вода, кислород и топливо, которые могут поддерживать жизнь на лунной базе. Команда ищет возможность протестировать систему в космосе, вероятно, с будущими китайскими пилотируемыми миссиями на Луну.

На этой диаграмме показано, как лунный грунт может действовать как катализатор внеземного фотосинтеза для производства кислорода и топлива, необходимых для долгосрочного выживания на Луне. Кредит: Инфан Яо

«Мы используем ресурсы окружающей среды на месте, чтобы уменьшить полезную нагрузку ракет, и наша стратегия предлагает сценарий для устойчивой и доступной среды обитания за пределами планеты», — говорит Яо.

Хотя каталитическая эффективность лунного грунта ниже, чем у катализаторов, доступных на Земле, Яо говорит, что команда тестирует различные способы улучшения конструкции, такие как плавление лунного грунта в наноматериал с высокой энтропией, который является лучшим катализатором.

Это видео показывает электролиз воды, управляемый фотогальваническими элементами, который стимулируется лунным грунтом. Кредит: Инфан Яо

Ранее ученые предлагали множество стратегий внеземного выживания. Но для большинства конструкций требуются источники питания из земли. Например,[{» attribute=»»>NASA’s Perseverance Mars rover brought an instrument that can use carbon dioxide in the planet’s atmosphere to make oxygen, but it’s powered by a nuclear battery onboard.

This photograph shows the research team at Nanjing University holding the lunar soil sample. Credit: Yingfang Yao

“In the near future, we will see the crewed spaceflight industry developing rapidly,” says Yao. “Just like the ‘Age of Sail’ in the 1600s when hundreds of ships head to the sea, we will enter an ‘Age of Space.’ But if we want to carry out large-scale exploration of the extraterrestrial world, we will need to think of ways to reduce payload, meaning relying on as little supplies from Earth as possible and using extraterrestrial resources instead.”

Reference: “Extraterrestrial photosynthesis by Chang’E-5 lunar soil” by Yingfang Yao, Lu Wang, Xi Zhu, Wenguang Tu, Yong Zhou, Rulin Liu, Junchuan Sun, Bo Tao, Cheng Wang, Xiwen Yu, Linfeng Gao, Yuan Cao, Bing Wang, Zhaosheng Li, Wei Yao, Yujie Xiong, Mengfei Yang, Weihua Wang and Zhigang Zou, 5 May 2022, Joule.
DOI: 10.1016/j.joule.2022.04.011

This work was supported by the National Key Research and Development Program of China, the Major Research Plan of the National Natural Science Foundation of China, the National Natural Science Foundation of China, the Fundamental Research Funds for the Central Universities, the Program for Guangdong Introducing Innovative and Entrepreneurial Teams, the Natural Science Foundation of Jiangsu Province. the open fund of Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, the Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, the Civil Aerospace Technology Research Project: Extraterrestrial In-situ water Extraction and Photochemical Synthesis of Hydrogen and Oxygen, and Foshan Xianhu Laboratory of the Advanced Energy Science and Technology Guangdong Laboratory.