Китайские учёные разработали одношаговую технологию получения метана и кислорода из лунного реголита

Доставка ресурсов на Луну стоит астрономических денег. По оценкам, один галлон (3,8 литра) воды обойдётся в $83 000, а на одного астронавта потребуется до четырёх галлонов в сутки. Поэтому идея использовать местные ресурсы — реголит, воду в виде льда и солнечную энергию — стала краеугольным камнем будущих лунных миссий.

Новая работа китайской группы учёных предлагает одношаговый фототермокаталитический процесс, в котором лунный грунт служит одновременно и источником воды, и катализатором химических реакций. При нагревании реголита до 200°C высвобождается содержащаяся в нём вода. После этого добавляют углекислый газ — например, из выдыхаемого воздуха — и запускают реакцию с участием ильменита, широко распространённого в лунном грунте. В результате образуются кислород и метан.

Метан — один из самых перспективных видов ракетного топлива. В отличие от водорода, он легче хранится и стабилен при низких температурах. При этом в сочетании с кислородом метан обеспечивает достаточную тягу для запуска с Луны и, потенциально, возвращения на Землю. Некоторые частные компании, такие как китайская LandSpace, уже запускают ракеты на метане.

Принципиально важным в этой работе стало объединение сразу двух этапов: извлечения воды и превращения её в топливо — в одном реакторе и без использования доставленных с Земли катализаторов. Это уменьшает число необходимых устройств и делает возможным создание более компактной и дешёвой инфраструктуры для лунной базы.

В лабораторных экспериментах учёные использовали имитацию лунного грунта, созданную на основе образцов, доставленных китайской миссией «Чанъэ-5», — использовать сами образцы для разрушительных экспериментов было бы слишком расточительно.

Однако не все учёные разделяют энтузиазм авторов. Планетолог из Университета Центральной Флориды Филип Метцгер указывает на то, что лунный грунт обладает очень низкой теплопроводностью. Это затрудняет равномерный нагрев больших объёмов реголита, а значит — снижает эффективность процесса. Одна из возможных мер — механическое «перемешивание» грунта, но оно увеличивает сложность и подверженность поломкам в экстремальных условиях Луны. Кроме того, остаётся нерешённым вопрос объёмов CO₂: астронавты могут производить его недостаточно, а доставка с Земли снизит экономическую эффективность.

В качестве альтернативы в предыдущих экспериментах использовались более дорогие и эффективные катализаторы, например, никель на основе диатомита. Они сложны в производстве, но пригодны для многократного использования, и в долгосрочной перспективе могут оказаться выгоднее.

Тем не менее, китайская команда доказала, что лунный реголит может не только хранить воду, но и служить активным участником в преобразовании её в топливо. Следующий шаг — масштабировать установку и испытать её в условиях Луны: с вакуумом, пылью, экстремальными перепадами температур и низкой гравитацией.

 Источник: Joule, space.com