Вчені здобули воду з місячного реголіту

Хочеться пити, митися, поливати теплицю і відлітати додому? Просто додай спеку! Нова методика, запропонована китайськими вченими, дозволить видобувати життєво важливу рідину прямо з місячного ґрунту, навіть якщо концентрація води в ньому мінімальна. Її ефективність успішно перевірили на зразках реголіту, які вдалося отримати у рамках місії «Чан’є-5».

Вода безперечно важлива для будь-якої людської діяльності. Ми з її допомогою миємось, готуємо їжу і, звичайно, вживаємо у чистому вигляді – п’ємо. Крім цього цілюща волога необхідна для безлічі технологічних і медичних процедур. Зрештою, з води можна порівняно легко (була б електрика) отримати надзвичайно ефективну паливну пару для ракетних двигунів: кисень з воднем.

З давніх-давен будь-які подорожі людей значною мірою були обмежені доступністю питної води. Якщо немає можливості поповнити її запаси шляхом, неможливо безпечно йти, їхати, плисти чи летіти, довше, ніж дозволяє безжальна математика рівняння «обсяг бочки поділений на мінімальний денний норматив споживання всіма учасниками експедиції». І космонавтика не виняток, причому взяти з собою більшу ємність дуже важко — кожен кілограм корисного навантаження на рахунку.

Тому будь-які тривалі вояжі у міжпланетний простір чи позбавлені води небесні тіла, наприклад Марс і Місяць, настільки складні технічно. І саме тому будь-які робочі способи поповнити запаси води є настільки важливими для майбутнього космонавтики. Китайські інженери та вчені, схоже, зробили невелику революцію в освоєнні природного супутника Землі. Вони експериментально підтвердили, що використовуючи порівняно просту технологію можна легко забезпечити місячну експедицію місцевою водою для всіх можливих застосувань у повному обсязі.

Наявність води на Місяці — питання закрите, воно там є, тільки його дуже мало. Середній вміст H₂O та гідроксид-іону (OH ^–) у місячному реголіті варіюється від десяти до тисячі частин на мільйон. Простіше кажучи, в найоптимістичнішому випадку з тонни місцевого ґрунту вийде видобути кілограм води. Запропонована дослідниками з Піднебесної методика дозволяє перевершити цей показник у п’ятдесят разів. Причому працювали вони з порівняно «сухим» реголітом — зібрані зондом «Чан’є-5» зразки мають лише 283 частини води на мільйон.

Річ у тім, що більшість вже виявленої на Місяці води виробляється прямо в ґрунті. Сонячний вітер, один з основних компонентів якого – протони, бомбардує місячну поверхню. У ній ці протони «крадуть» електрони у молекул, що потрапили на шляху, і перетворюються на атомарний водень. Більшість його відразу випаровується в космічний простір, але кілька встигає або вступити в реакцію, або залишається застряглим в кристалічній решітці різних мінералів.

У першому випадку атомарний водень має шанс запозичити кисень у якогось оксиду і в результаті виходить гідроксил-іон. Коли він «підхоплює» ще один атом водню, утворюється молекула води. Оскільки в місці посадки «Чан’е-5» поверхня порівняно молода, в ній накопичилося недостатньо багато OH ^— або H2O. Але в нанополостях мінералів реголіту завжди на порядки більше захованого атомарного водню.

Використовувати його для отримання води дуже просто: при нагріванні до 1200-1500 градусів атомарний водень добре відновлює оксиди металів (особливо заліза), а побічним продуктом стає вода. Так, температури високі, але досяжні, наприклад, за допомогою геліоконцентратора — дзеркала, що фокусує відбите сонячне світло на малій площі. Такі установки здатні порівняно швидко випаровувати воду з місячного реголіту у промислових масштабах. А відхід цього процесу можна буде використовувати як будівельний матеріал чи сировину для видобутку металів.

Стаття з докладним описом експерименту, його методики та всебічного аналізу запропонованої технології опублікована в журналі The Innovation, що рецензується. Автори дослідження підрахували, що з одного грама реголіту, зібраного «Чан’є-5», можна отримати 51-76 міліграм води та 157 міліграм чистого заліза. Тобто з однієї тонни виходить щонайменше 50 кілограмів питної води. Китайські вчені вказують, що цього вистачить забезпечення рідиною півсотні місячних колоністів. Хоча норма літр води на людину виглядає дещо жорстокою, досвід NASA показує: необхідно мінімум два, а під час роботи в скафандрі ще більше (по 240 мілілітрів на кожну годину роботи).

Логічно припустити, що у разі старішого реголіту або взятого ближче до полюсів вироблення води з тонни породи може бути радикально вищим. І це хороші новини, навіть якщо не вдасться повністю забезпечити експедицію за рахунок місцевих ресурсів, можна розраховувати на поповнення запасів та брати із Землі мінімальну норму. На додаток існує ще місячна вічна мерзлота — підповерхневі шари ґрунту з підвищеним вмістом крижаних кристалів (близько 0,1-1 відсотка за масою), що знаходяться в деяких приполярних регіонах. І якщо врахувати все це, майбутнє експедицій на Місяць виглядає трохи райдужнішим.