13.08.2009

Придуманы реакторы для получения кислорода прямо на Луне

Чтобы осуществить планы по постройке лунной базы и полёт на Марс, необходимо научиться снабжать космонавтов кислородом хотя бы на нашем спутнике. Наконец-то нашлись две более-менее реалистичные работы, предлагающие проекты реакторов, получающих O₂ из лунной породы.

Напомним предысторию процесса. В 2005 году NASA объявило конкурс: $250 тысяч тому, кто разработает технологию получения пяти килограммов кислорода за восемь часов из образца, симулирующего лунную породу. В 2008-м награду повысили до $1 миллиона, но никто так и не откликнулся. Между тем американцы и сами пытаются решить проблему в рамках программы In Situ Resource Utilization.

Дело в том, что доставка кислорода с Земли стоит совершенно немыслимых денег: около $100 миллионов за одну тонну. Именно по этой причине учёные всего мира пытаются придумать, как дёшево получить столь необходимый для дыхания элемент на месте.

Недавно заявку на некоторый успех предъявила команда химиков из Кембриджа, возглавляемая Дереком Фраем (Derek Fray). Материаловеды придумали, как переделать под нужды космонавтов свою предыдущую разработку — электрохимический процесс, позволяющий получать чистые металлы и их сплавы из оксидов.

Вот как это работало раньше: химические соединения металла и кислорода использовались в качестве катода, анодом служил стержень из углерода. Они помешаются в проводящий электроны расплавленный хлорид кальция (CaCl₂ — довольно распространённая соль, которая плавится при температуре 800 °C). Изначально на катоде получались чистые металлы, на аноде — углекислый газ (при этом анод сильно изнашивался, эту проблему сейчас активно решают), теперь же там будет образовываться кислород.

Такие же оксиды металлов встречаются и в лунных породах. То есть для получения кислорода необходимо будет сформовать из них стержни и вставить в реактор.

Фрай и его команда заменили углеродный анод новым нереакционноспособным, представляющим собой смесь титаната и рутената кальция. В результате анод практически не разрушается. После первого прогона в течение 150 часов Дерек и его команда подсчитали, что в год он будет изнашиваться примерно на три сантиметра.

Отметим, что в общей сложности Фрай предлагает поставить на Луне три метровых реактора. Такая система будет выдавать тонну кислорода каждый год (для этого необходимо три тонны лунной породы).

Так как для осуществления реакции нужно большое количество тепла, учёные побеспокоились и о теплоизоляции реакторов. "Это не будет проблемой, — уверяет Дерек. – Всей системе потребуется 4,5 киловатта энергии, всё равно что среднестатистическому домашнему водонагревателю". Снабжать реакторы энергией будут либо солнечные батареи, либо небольшой ядерный реактор.

Для того чтобы идея превратилась хотя бы в грубый прототип большого реактора для получения кислорода, необходимо ещё около $16,5 миллиона. Фраю уже помогает в этом Европейское космическое агентство (ESA).

Несколько слов о второй разработке: по той же технологии собираются получать O₂ учёные из Массачусетского технологического института (MIT). Этой группой руководит Дональд Сэдовей (Donald Sadoway), известный нам по идее расплавленного аккумулятора. Правда, его реактор будет в два раза "горячее" (1600 °C). При такой температуре лунная порода сама плавится и может выступать в качестве электролита. Дональду и его коллегам нужно около двух лет для доработки технологии. Учёных из MIT частично спонсирует NASA.

Процесс Фрая эффективнее, так как происходит при более низкой температуре, но Сэдовею не надо прессовать из реголита стержни: он и его коллеги могут использовать породу прямо в виде песка. "Как только мы решим проблему материала в лаборатории, дело пойдёт быстрее", — подводит итог Сэдовей.

Источники:

1. MEMBRANA