يحتوي القمر على أكسجين ومعادن وفيرة ، وهي أشياء لا غنى عنها لأي حضارة ترتاد الفضاء. المشكلة هي أنهم محاصرون معًا في القداس. سيؤدي الفصل بين الاثنين إلى توفير ثروة من الموارد الحيوية ، لكن فصلهما يمثل مشكلة معقدة.
يختلف عمق القمر من مترين (6.5 قدمًا) في مناطق الفرس إلى 20 مترًا (65 قدمًا) في مناطق المرتفعات. على عكس الأرض ، حيث يتم تشكيل السطح وبناؤه من خلال العمليات البيولوجية والجيولوجية ، يتكون النظام الشمسي للقمر إلى حد كبير من شظايا متطايرة ومنتفخة من القشرة الناتجة عن التأثيرات. يتم حجز الأكسجين والمعادن في أكاسيد معدنية ، وفي جزيئات زجاجية ناتجة عن حرارة الصدمات.
الأكسجين هو العنصر الأكثر وفرة في قداس القمر ، حيث يشكل ما بين 40-45٪ من القوام بالوزن. ظل العلماء يدرسون في استخدام موارد الموقع (ISRU) لسنوات ، محاولين إيجاد طريقة لفصل الأكسجين عن العناصر الأخرى ، للاستفادة من كليهما. عادة ، يتطلب ذلك الكثير من الطاقة ، وهو حاجز كبير.
يحدد البحث الجديد المدعوم من وكالة الفضاء الأوروبية طريقة لاستخراج الأكسجين لا تتطلب الكثير من الطاقة.
تشرح الباحثة بيث لوماكس من جامعة جلاسكو ، التي تعمل في درجة الدكتوراه: "إن هذا الأكسجين مورد قيم للغاية ، ولكنه مرتبط كيميائياً في المادة كأكاسيد على شكل معادن أو زجاج ، وبالتالي فهو غير متوفر للاستخدام الفوري". يتم دعمها من خلال مبادرة الشبكات والشراكة التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية ، وتسخير البحث الأكاديمي المتقدم للتطبيقات الفضائية.
وقال لوماكس في بيان صحفي: "يوفر هذا البحث إثباتًا للمفهوم أنه يمكننا استخلاص واستخدام جميع الأكسجين من قمر القمر ، تاركًا منتجًا ثانويًا معدنيًا مفيدًا".
تعتمد طريقة الاستخراج على التحليل الكهربائي ، وهو أمر يتعلمه معظمنا في المدرسة الثانوية. لكن هذه الطريقة تستخدم الملح المصهور كإلكتروليت.
قال لوماكس: "تم إجراء المعالجة باستخدام طريقة تسمى التحليل الكهربائي للملح المنصهر". "هذا هو المثال الأول على المعالجة المباشرة من مسحوق إلى مسحوق لمحاكاة قوام قمرية صلبة يمكنها أن تستخرج كل الأكسجين تقريبًا. تحقق الطرق البديلة لاستخراج الأكسجين القمري غلات أقل بشكل ملحوظ ، أو تتطلب ذوبان regolith مع درجات حرارة شديدة تزيد عن 1600 درجة مئوية. "
تستخدم هذه الطريقة ملح كلوريد الكالسيوم المصهور كمحلول كهربائي. يتم وضع regolith المحاكي في سلة شبكية ويتم تسخينه بالكامل إلى 950 درجة مئوية (1740 فهرنهايت). ثم يتم تطبيق التيار ، ويتم استخراج الأكسجين وجمعه في الأنود. تتطلب طرق الاستخراج الأخرى تسخين كل شيء إلى 1600 درجة مئوية (2900 فهرنهايت) ، وهي زيادة هائلة في الطاقة المطلوبة.
استخرجت هذه الطريقة 96٪ من الأكسجين خلال 50 ساعة. ولكن في غضون 15 ساعة فقط ، كانت قادرة على استخراج 75٪. نظرًا لأن الأكسجين وفير جدًا في الحجرة القمرية ، فإن هذه النتائج تبدو واعدة.
وقال لوماكس: "يعتمد هذا العمل على عملية لجنة الاتصالات الفدرالية - من الأحرف الأولى لمخترعيها في كامبريدج - والتي تم توسيعها من قبل شركة بريطانية تدعى ميتاليسيس لإنتاج المعادن والسبائك التجارية".
طور المعدن طريقة التحليل الكهربائي للملح المنصهر على وجه التحديد لأنه أقل استهلاكًا للطاقة. لا يجب أن تكون المادة المراد فصلها سائلة ، لذا يلزم قدر أقل من الطاقة. كما يزعمون أن نظامهم لا ينتج أي منتجات ثانوية سامة.
"نحن نعمل مع Metalysis و ESA لترجمة هذه العملية الصناعية إلى السياق القمري ، والنتائج حتى الآن واعدة للغاية" ، يشير مارك سيمز ، مشرف الدكتوراه في Beth في جامعة غلاسكو.
يتغير توفر المعادن المختلفة اعتمادًا على الموقع على القمر. هناك الكثير من العمل في رسم الخرائط واستكشاف موارد القمر.
يعلق جيمس كاربنتر ، مسؤول الإستراتيجية القمرية لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA) قائلاً: "ستمنح هذه العملية المستوطنين على القمر إمكانية الوصول إلى الأكسجين للحصول على الوقود ودعم الحياة ، بالإضافة إلى مجموعة واسعة من السبائك المعدنية للتصنيع في الموقع - ستعتمد المواد الخام الدقيقة المتاحة على مكان وجودها. القمر يهبطون. "
مع صواريخ قابلة لإعادة الاستخدام طورتها شركات مثل SpaceX ، انخفضت تكلفة نقل المواد من بئر جاذبية الأرض. لكنها لا تزال باهظة الثمن. يمكن أن تكلف عشرات الآلاف من الدولارات لنقل كيلوغرام واحد إلى القمر. هذه التكلفة تعني أن أي خطط واقعية لبؤرة استيطانية على القمر أو مستعمرة ستكون استنزافًا ماليًا كبيرًا.
بدون طريقة لاستخراج الموارد للوقود والبناء ، وبدون مصدر للأكسجين على القمر ، يبدو من غير المحتمل أن يتمكن البشر من إثبات أي نوع من الوجود هناك. سوف يلعب التقدم التكنولوجي مثل هذا دورًا كبيرًا في مستقبل استكشاف الفضاء.
أكثر:
- بيان صحفي: الأكسجين والمعادن من REGOLITH القمرية
- ورقة بحثية: إثبات جدوى عملية كهروكيميائية لاستخراج الأكسجين في وقت واحد وإنتاج سبائك معدنية من قمر القمر
- وكالة ناسا: في استخدام الموارد الموقع
- مجلة الفضاء: حصاد الموارد من النظام الشمسي. في استخدام الموارد الموقع
