Kā tikt pie skābekļa uz Mēness? Zinātniekiem ir padomā risinājums  (10)

Kaut uz Mēness nav atmosfēras, skābeklis tur ir, vienīgi to gluži uzreiz tā nevar iepildīt rezervuāros un izmantot elpošanas sistēmās. Kāpēc? Tāpēc, ka lielākā daļa skābekļa krājumu uz Mēness ir dažādu oksīdu sastāvā, proti, tas tīrā formā vēl jāiegūst.

"Apollo" misiju ietvaros uz Zemes savulaik nogādātā Mēness materiāla paraugu analīze liecina, ka skābeklis visai bagātīgā daudzumā ir regolītā, proti, Mēness putekļos. Par regolītu dēvē irdenā materiāla slāni, kas klāj tādu bezatmosfēras debess ķermeņu kā Mēness vai Marss virsmu.

Mēness regolīts ir viens no dārgākajiem materiāliem. "Apollo" astronauti kopā uz Zemes nogādājuši nedaudz vairāk par 380 kilogramiem Mēness iežu. Tā kā šis gluži nav brīvajā tirgū pieejams materiāls, konkrētu birku ar cenu kilogramam Mēness "akmens" piespraust īsti nevar, taču "The Washington Post" 2018. gada publikācijā, ziņojot par tiesvedību saistībā ar kādas sievietes vēlmi paturēt savā īpašumā dažus kubikcentimetrus regolīta, kurus viņai savulaik esot uzdāvinājis Nīls Ārmstrongs, minēja konkrētas summas. Proti, vēl senāk, 2003. gadā, noritot izmeklēšanai par dažu NASA praktikantu pastrādātu Mēness iežu zādzību, NASA aplēsa, ka iegūt gramu regolīta 1973. gadā varētu būt izmaksājis ap 50,8 tūkstošiem ASV dolāru, kas šobrīd jau nozīmētu aptuveni 300 tūkstošus dolāru par gramu.

Pērn tapusi publikācija, kurā aprakstīts process, kā iegūt skābekli no uz Zemes mākslīgi radīta regolīta analoga – "viltus" Mēness putekļiem.

Kopumā, analizējot no Mēness atvestos paraugus, secināts, ka dažādu savienojumu formā tajos ir pat 40–45 procenti skābekļa. "Skābeklis ir ārkārtīgi vērtīgs resurss, bet tas šajā materiālā ir oksīdos," skaidroja Glāzgovas Universitātes ķīmiķe Beta Lomaksa (attēlā pa labi).

Jau pirms tam bijuši mēģinājumi no regolīta izdalīt skābekli, piemēram, ar ūdeņradi ķīmiski reducējot dzelzs oksīdus, rezultātā kā viens no produktiem rodas ūdens. Tad ar elektrolīzi ūdeni sadala skābeklī un ūdeņradī. Tomēr šis piegājiens bijis vai nu pārāk laikietilpīgs un sarežģīts, vai reakcija prasījusi tik augstas temperatūras, pie kurām regolīts sāk kust, vai arī iegūto galaproduktu apjoms bijis pārāk niecīgs pret izmantoto izejvielu daudzumu, lai šī metode būtu izdevīga. Lomaksa un viņas kolēģi savos eksperimentos izlaidusi ķīmiskās redukcijas fāzi, lai vispirms tiktu pie ūdens, un uzreiz ķērušies pie pulverizētā regolīta analoga elektrolīzes. Lomaksa skaidro, ka tas ļāvis reakcijas rezultātā no regolīta analoga "izvilkt" teju visu skābekli.

Kā tas notiek? "Viltus" regolīta pulveri ievieto tvertnē ar sietu, tad pievieno elektrolītu, kas šajā gadījumā ir kalcija hlorīds. Viss tiek uzkarsēts līdz aptuveni 950 grādiem pēc Celsija – šajā temperatūrā materiāls (regolīta analogs) vēl nekūst. Pēc tam tiek pievadīta elektriskā strāva. Rezultātā no regolīta analoga var izdalīt skābekli, bet sāls "migrē" uz elektriskās strāvas avota anodu jeb pozitīvo polu.

Lomaksa norāda, ka iepriekšējos mēģinājumos nepieciešamās temperatūras pārsniegušas 1600 grādus pēc Celsija, kas nozīmē, ka tiek izkausēts arī pats izejmateriāls – regolīts.

Kopumā, lai izdalītu 96 procentus no izejmateriālā esošā skābekļa, bija nepieciešamas 50 stundas, taču lielāko daļu skābekļa izdevās izdalīt pirmajās 15 stundās. Turklāt pāri palikušais materiāls arī nav vis atkritumi, bet tālāk izmantojami metālu sakausējumi – galvenokārt dzelzs-alumīnija sakausējums, dzelzs-silīcija sakausējums un kalcija-silīcija-alumīnija sakausējums. Attēlā pa kreisi regolīta analogs pirms reakcijas, pa labi metālu sakausējumi pēc skābekļa izdalīšanas.

Pierādījuši, ka konceptuāli šī metode strādā mazā mērogā, pētnieki nu ķērušies klāt pie skābekļa izdalīšanas iekārtas prototipa, lai izmēģinātu šo procesu jau lielākā mērogā.

Turklāt, tā kā Mēnesi nākotnē iecerēts izmantot arī kā bāzi tālākiem lidojumiem Saules sistēmā, skābeklis ir kritiski svarīgs resurss ne tikai tāpēc, lai astronauti varētu elpot, bet arī tālāku lidojumu nodrošināšanai, proti, degvielas ražošanai turpat uz Mēness.

Iekārtas prototips izvietots Eiropas Kosmosa aģentūras Kosmosa Izpētes un tehnoloģiju centrā Nīderlandē, lai tālāk pētītu un optimizētu Lomaksas un kolēģu izstrādāto metodi.