Een focuslens om zuurstof en slak te produceren uit een met stof opgevulde kamer. Klik om te vergroten
Wanneer astronauten naar de maan terugkeren om een maanbasis te verkennen en uiteindelijk te bouwen, hebben ze zuurstof nodig ... en veel ervan. NASA-onderzoekers gebruiken een techniek die vacuümpyrolyse wordt genoemd, waarbij de regoliet wordt verwarmd tot hij zuurstof afgeeft. Het licht van de zon werd door een lens gefocust om maangrond te verwarmen tot 2500 ° C. Maar liefst 20% van de grond werd omgezet in vrije zuurstof en de overgebleven slak kon worden gebruikt voor bakstenen, stralingsafscherming of bestrating.
Een vroeg, hardnekkig probleem dat door Apollo-astronauten op de maan werd opgemerkt, was stof. Het kwam overal, ook in hun longen. Vreemd genoeg, dat is misschien waar toekomstige maanonderzoekers hun volgende adem krijgen: de stoffige laag aarde van de maan is bijna de helft zuurstof.
De truc is het eruit halen.
'Het enige wat je hoeft te doen is de spullen te verdampen', zegt Eric Cardiff van NASA's Goddard Space Flight Center. Hij leidt een van de verschillende teams die manieren ontwikkelen om astronauten zuurstof te leveren die ze nodig hebben op de maan en Mars. (Zie de visie voor ruimteverkenning.)
Maangrond is rijk aan oxiden. De meest voorkomende is siliciumdioxide (SiO2), 'zoals strandzand', zegt Cardiff. Ook talrijk zijn calciumoxiden (CaO), ijzer (FeO) en magnesium (MgO). Tel alle O's bij elkaar op: 43% van de massa maangrond is zuurstof.
Cardiff werkt aan een techniek die maanbodems verwarmt totdat ze zuurstof afgeven. 'Het is een eenvoudig aspect van chemie', legt hij uit. 'Elk materiaal brokkelt af tot atomen als het heet genoeg is gemaakt.' De techniek wordt vacuümpyrolyse genoemd - pyro betekent 'vuur', lysis betekent 'scheiden'.
'Een aantal factoren maakt pyrolyse aantrekkelijker dan andere technieken', legt Cardiff uit. "Het vereist geen grondstoffen die van de aarde worden gehaald en u hoeft niet naar een bepaald mineraal te zoeken." Schep gewoon wat er op de grond ligt en breng de warmte aan.
In een proof of principle gebruikten Cardiff en zijn team een lens om zonlicht in een kleine vacuümkamer te focussen en verwarmden 10 gram gesimuleerde maangrond tot ongeveer 2500 graden C. Testmonsters waren ilmenite en Minnesota Lunar Simulant, of MLS-1a. Ilmeniet is een ijzer / titaniumerts dat de aarde en de maan gemeen hebben. MLS-1a is gemaakt van miljard jaar oud basalt dat gevonden wordt aan de noordkust van Lake Superior en vermengd met glasdeeltjes die de samenstelling van de maanbodem simuleren. Werkelijke maangrond wordt nu te hoog gewaardeerd voor dergelijk onderzoek.
In hun tests werd "maar liefst 20 procent van de gesimuleerde grond omgezet in vrije zuurstof", schat Cardiff.
Wat overblijft is "slak", een zuurstofarm, zeer metaalachtig, vaak glasachtig materiaal. Cardiff werkt samen met collega's van het Langley Research Center van NASA om erachter te komen hoe slakken kunnen worden omgezet in nuttige producten zoals stralingsafscherming, bakstenen, reserveonderdelen of zelfs bestrating.
De volgende stap: verhoog de efficiëntie. "In mei gaan we testen bij lagere temperaturen, met hardere stofzuigers." In een hard vacuüm, legt hij uit, kan zuurstof met minder kracht worden onttrokken. De eerste test van Cardiff was op 1 / 1.000 Torr. Dat is 760.000 keer dunner dan de druk op zeeniveau op aarde (760 Torr). Op 1 miljoenste van een Torr - nog eens duizend keer dunner - "worden de vereiste temperaturen aanzienlijk verlaagd."
Cardiff staat niet alleen in deze zoektocht. Een team onder leiding van Mark Berggren van Pioneer Astronautics in Lakewood, CO, werkt aan een systeem dat zuurstof oogst door de maanbodem bloot te stellen aan koolmonoxide. In één demonstratie haalden ze 15 kg zuurstof uit 100 kg maansimulant - een efficiëntie die vergelijkbaar is met de pyrolyse-techniek van Cardiff: meer.
D.L. Grimmett van Pratt & Whitney Rocketdyne in Canoga Park, CA, werkt aan magma-elektrolyse. Hij smelt MLS-1 op ongeveer 1.400 graden. C, dus het is als magma van een vulkaan en gebruikt een elektrische stroom om de zuurstof vrij te maken: meer.
Ten slotte sponsoren NASA en het Florida Space Research Institute, via NASA's Centennial Challenge, MoonROx, de Moon Regolith Oxygen-wedstrijd. Een prijs van $ 250.000 gaat naar het team dat in slechts 8 uur 5 kg ademende zuurstof uit JSC-1 maansimulant kan halen.
De wedstrijd sluit op 1 juni 2008, maar de uitdaging om op andere planeten te leven zal generaties lang duren.
Heb je leuke ideeën?
Oorspronkelijke bron: NASA News Release
