Bulan mempunyai banyak oksigen dan mineral, perkara-perkara yang sangat diperlukan oleh peradaban yang menggunakan ruang angkasa. Masalahnya ialah mereka dikurung bersama di regolith. Memisahkan kedua akan memberikan banyak sumber daya kritikal, tetapi memisahkannya adalah masalah yang rumit.
Regolit Bulan bervariasi dari kedalaman 2 meter (6,5 kaki) di daerah kuda betina, hingga kedalaman 20 meter (65 kaki) di wilayah dataran tinggi. Tidak seperti Bumi, di mana permukaannya dibentuk dan dibina oleh proses biologi dan geologi, regolit Bulan sebagian besar terdiri dari serpihan kerak yang dihancurkan dan diletupkan yang disebabkan oleh hentaman. Oksigen dan mineral terkurung dalam mineral oksida, dan dalam zarah-zarah berkaca yang dihasilkan melalui kesan panas.
Oksigen adalah unsur paling banyak dalam regolith Bulan, yang terdiri antara 40-45% dari regolith berat. Para saintis telah bertahun-tahun mempelajari In Situ Resource Utilization (ISRU), berusaha mencari kaedah memisahkan oksigen dari unsur-unsur lain, untuk memanfaatkan kedua-duanya. Biasanya, itu memerlukan banyak tenaga, yang merupakan penghalang yang ketara.
Penyelidikan baru yang disokong oleh European Space Agency menggariskan kaedah untuk pengambilan oksigen yang tidak memerlukan banyak tenaga.
"Oksigen ini adalah sumber yang sangat berharga, tetapi ia terikat secara kimia dalam bahan sebagai oksida dalam bentuk mineral atau kaca, dan oleh itu tidak dapat digunakan dengan segera," jelas penyelidik Beth Lomax dari University of Glasgow, yang pekerjaan PhDnya adalah disokong melalui ESA Networking and Partnering Initiative, memanfaatkan penyelidikan akademik lanjutan untuk aplikasi ruang angkasa.
"Penyelidikan ini memberikan bukti konsep yang dapat kita ekstrak dan gunakan semua oksigen dari regolith lunar, meninggalkan produk sampingan logam yang berpotensi berguna," kata Lomax dalam siaran pers.
Kaedah pengekstrakan bergantung pada elektrolisis, sesuatu yang kebanyakan kita pelajari di sekolah menengah. Tetapi kaedah ini menggunakan garam cair sebagai elektrolit.
"Pemprosesan dilakukan dengan menggunakan metode yang disebut elektrolisis garam cair," kata Lomax. "Ini adalah contoh pertama pemprosesan serbuk langsung ke serbuk simulator regolith lunar padat yang dapat mengekstrak hampir semua oksigen. Kaedah alternatif pengambilan oksigen bulan mencapai hasil yang jauh lebih rendah, atau memerlukan regolit dicairkan dengan suhu yang melampau lebih dari 1600 ° C. "
Kaedah ini menggunakan garam kalsium klorida cair sebagai elektrolit. Regolith simulasi diletakkan di dalam bakul jala dan semuanya dipanaskan hingga 950 C (1740 F.). Pada suhu itu regolit tetap padat. Kemudian arus digunakan, dan oksigen diekstrak dan dikumpulkan di anoda. Kaedah pengekstrakan lain memerlukan pemanasan hingga 1600 C (2900 F), peningkatan tenaga yang besar diperlukan.
Kaedah ini mengeluarkan 96% oksigen dalam 50 jam. Tetapi hanya dalam 15 jam, ia dapat mengekstrak 75%. Oleh kerana oksigen begitu banyak terdapat dalam regolith lunar, hasil ini kelihatan menjanjikan.
"Karya ini didasarkan pada proses FCC - dari inisial penemu yang berpusat di Cambridge - yang telah ditingkatkan oleh sebuah syarikat Inggeris bernama Metalysis untuk pengeluaran logam dan aloi komersial," kata Lomax.
Metalysis mengembangkan kaedah elektrolisis garam cair dengan tepat kerana kurang intensif tenaga. Bahan yang hendak dipisahkan tidak perlu cair, jadi lebih sedikit tenaga yang diperlukan. Mereka juga mendakwa sistem mereka tidak menghasilkan produk sampingan beracun.
"Kami bekerjasama dengan Metalysis dan ESA untuk menterjemahkan proses perindustrian ini ke konteks lunar, dan hasilnya setakat ini sangat menjanjikan," kata Mark Symes, penyelia PhD Beth di University of Glasgow.
Ketersediaan mineral berbeza berubah bergantung pada lokasi di Bulan. Terdapat banyak kerja untuk memetakan dan meneroka sumber-sumber Bulan.
James Carpenter, pegawai strategi bulan ESA memberi komen: "Proses ini akan memberi akses kepada peneroka bulan ke oksigen untuk bahan bakar dan sokongan kehidupan, serta pelbagai aloi logam untuk pembuatan in-situ - bahan baku tepat yang tersedia bergantung pada tempat Bulan mereka mendarat. "
Dengan roket yang dapat digunakan semula yang dikembangkan oleh syarikat seperti SpaceX, kos pengangkutan bahan dari telaga graviti Bumi telah menurun. Tetapi masih mahal. Harganya berpuluh-puluh ribu dolar untuk mengangkut satu kilogram ke Bulan. Kos itu bermaksud bahawa sebarang rancangan realistik untuk pos atau koloni Bulan akan menjadi besar dari segi kewangan.
Tanpa cara untuk mengekstraksi sumber bahan bakar dan pembinaan, dan tanpa sumber oksigen di Bulan, nampaknya manusia tidak dapat mewujudkan kehadiran di sana. Kemajuan teknologi seperti ini akan memainkan peranan besar pada masa depan penerokaan angkasa lepas.
Lagi:
- Siaran Akhbar: OXYGEN DAN LOGAM DARI REGOLITH LUNAR
- Kertas Penyelidikan: Membuktikan daya maju proses elektrokimia untuk pengambilan oksigen dan pengeluaran aloi logam secara serentak dari regolith lunar
- NASA: Penggunaan Sumber Dalam Situ
- Space Magazine: Menuai Sumber Dari Sistem Suria. Penggunaan Sumber Dalam Situ
