Eine Fokussierlinse zur Erzeugung von Sauerstoff und Butzen aus einer mit Vakuum-Mondstaub gefüllten Kammer. klicken um zu vergrößern
Wenn Astronauten zum Mond zurückkehren, um eine Mondbasis zu erkunden und schließlich zu bauen, brauchen sie Sauerstoff ... und viel davon. NASA-Forscher verwenden eine Technik namens Vakuumpyrolyse, bei der der Regolith erhitzt wird, bis er Sauerstoff freisetzt. Das Sonnenlicht wurde durch eine Linse fokussiert, um den Mondboden auf 2.500 ° C zu erwärmen. Bis zu 20% des Bodens wurden in freien Sauerstoff umgewandelt, und die übrig gebliebene Schlacke konnte für Ziegel, Strahlenschutz oder Pflaster verwendet werden.
Ein frühes, anhaltendes Problem, das von Apollo-Astronauten auf dem Mond festgestellt wurde, war Staub. Es kam überall hin, auch in ihre Lunge. Seltsamerweise könnte dies der Ort sein, an dem zukünftige Mondforscher ihren nächsten Atemzug bekommen: Die staubige Bodenschicht des Mondes besteht fast zur Hälfte aus Sauerstoff.
Der Trick ist es zu extrahieren.
"Alles, was Sie tun müssen, ist das Zeug zu verdampfen", sagt Eric Cardiff vom Goddard Space Flight Center der NASA. Er leitet eines von mehreren Teams, die Wege entwickeln, um Astronauten Sauerstoff zu liefern, den sie auf dem Mond und dem Mars benötigen. (Siehe die Vision für die Weltraumforschung.)
Mondboden ist reich an Oxiden. Am häufigsten ist Siliziumdioxid (SiO2), „wie Strandsand“, sagt Cardiff. Ebenfalls reichlich vorhanden sind Oxide von Calcium (CaO), Eisen (FeO) und Magnesium (MgO). Addiere alle O's: 43% der Masse des Mondbodens besteht aus Sauerstoff.
Cardiff arbeitet an einer Technik, die Mondböden erwärmt, bis sie Sauerstoff freisetzen. "Es ist ein einfacher Aspekt der Chemie", erklärt er. "Jedes Material zerfällt in Atome, wenn es heiß genug gemacht wird." Die Technik heißt Vakuumpyrolyse - Pyro bedeutet "Feuer", Lyse bedeutet "trennen".
"Eine Reihe von Faktoren machen die Pyrolyse attraktiver als andere Techniken", erklärt Cardiff. "Es müssen keine Rohstoffe von der Erde gebracht werden, und Sie müssen nicht nach einem bestimmten Mineral suchen." Nehmen Sie einfach das auf, was sich auf dem Boden befindet, und wenden Sie die Wärme an.
Als Beweis für das Prinzip verwendeten Cardiff und sein Team eine Linse, um das Sonnenlicht in eine winzige Vakuumkammer zu fokussieren, und erhitzten 10 Gramm simulierten Mondbodens auf etwa 2.500 Grad C. Zu den Testproben gehörten Ilmenit und Minnesota Lunar Simulant oder MLS-1a. Ilmenit ist ein Eisen / Titan-Erz, das Erde und Mond gemeinsam haben. MLS-1a wird aus Milliarden Jahre altem Basalt hergestellt, der am Nordufer des Oberen Sees gefunden und mit Glaspartikeln gemischt wird, die die Zusammensetzung des Mondbodens simulieren. Der tatsächliche Mondboden ist für eine solche Forschung derzeit zu hoch geschätzt.
In ihren Tests wurden „bis zu 20 Prozent des simulierten Bodens in freien Sauerstoff umgewandelt“, schätzt Cardiff.
Was übrig bleibt, ist „Schlacke“, ein sauerstoffarmes, hochmetallisches, oft glasartiges Material. Cardiff arbeitet mit Kollegen im Langley Research Center der NASA zusammen, um herauszufinden, wie Schlacke zu nützlichen Produkten wie Strahlenschutz, Ziegeln, Ersatzteilen oder sogar Pflaster geformt werden kann.
Der nächste Schritt: Effizienz steigern. "Im Mai werden wir Tests bei niedrigeren Temperaturen und härterem Staubsauger durchführen." In einem harten Vakuum, erklärt er, kann Sauerstoff mit weniger Leistung extrahiert werden. Cardiffs erster Test war bei 1/1000 Torr. Das ist 760.000 Mal dünner als der Meeresspiegeldruck auf der Erde (760 Torr). Bei einem Millionstel Torr - ein weiteres tausendmal dünner - „werden die erforderlichen Temperaturen erheblich gesenkt.“
Cardiff ist mit dieser Suche nicht allein. Ein Team unter der Leitung von Mark Berggren von Pioneer Astronautics in Lakewood, CO, arbeitet an einem System, das Sauerstoff gewinnt, indem es den Mondboden Kohlenmonoxid aussetzt. In einer Demonstration extrahierten sie 15 kg Sauerstoff aus 100 kg Mond-Simulans - eine Effizienz, die mit der Pyrolysetechnik von Cardiff vergleichbar ist: mehr.
D.L. Grimmett von Pratt & Whitney Rocketdyne in Canoga Park, Kalifornien, arbeitet an der Magmaelektrolyse. Er schmilzt MLS-1 bei etwa 1.400 Grad. C, also ist es wie Magma von einem Vulkan und verwendet einen elektrischen Strom, um den Sauerstoff freizusetzen: mehr.
Schließlich sponsern die NASA und das Florida Space Research Institute im Rahmen der Centennial Challenge der NASA MoonROx, den Moon Regolith Oxygen-Wettbewerb. Ein Preisgeld von 250.000 USD geht an das Team, das in nur 8 Stunden 5 kg atmungsaktiven Sauerstoff aus dem JSC-1-Mond-Simulans extrahieren kann.
Der Wettbewerb endet am 1. Juni 2008, aber die Herausforderung, auf anderen Planeten zu leben, wird Generationen dauern.
Hast du heiße Ideen?
Originalquelle: NASA-Pressemitteilung
