Оскільки NASA працює над відправкою астронавтів на Місяць за допомогою місій Artemis, однією з головних цілей агентства є встановлення довгострокової присутності на поверхні Місяця. Такі ресурси, як кисень, є найважливішими будівельними блоками для втілення цього бачення в реальність. На додаток до використання кисню для дихання, його також можна використовувати як пропелент для транспортування, допомагаючи відвідувачам Місяця залишатися довше та ризикувати далі.
Під час нещодавнього випробування вчені з Космічного центру імені Джонсона NASA в Х’юстоні успішно витягли кисень з імітації місячного ґрунту. Місячний ґрунт належати до дрібнозернистого матеріалу, що покриває поверхню Місяця. Це був перший випадок, коли цей видобуток проводився у вакуумному середовищі, прокладаючи шлях для астронавтів одного дня видобувати та використовувати ресурси в місячному середовищі, що називається використанням ресурсів на місці.
Команда NASA Carbothermal Reduction Demonstration (CaRD) провела випробування в умовах, подібних до тих, що були на Місяці, використовуючи спеціальну сферичну камеру діаметром 15 футів під назвою Dirty Thermal Vacuum Chamber. Камера вважається «брудною», тому що в ній можна досліджувати нечисті зразки.
Команда використовувала потужний лазер для імітації тепла від концентратора сонячної енергії та розплавила імітатор місячного ґрунту в карботермальному реакторі, розробленому для NASA компанією Sierra Space Corp., Брумфілд, Колорадо. Карботермічний реактор — це місце, де відбувається процес нагрівання та виділення кисню. Карботермічне відновлення десятиліттями використовувалося на Землі для виробництва таких предметів, як сонячні батареї та сталь, шляхом виробництва монооксиду або діоксиду вуглецю за допомогою високих температур.
Після нагрівання ґрунту команда змогла виявити чадний газ за допомогою пристрою під назвою Мас-спектрометр спостереження за місячними операціями (MSolo). Подібний апарат літатиме під час двох майбутніх дослідницьких місій до Південного полюса Місяця – експерименту Polar Resources Ice Mining Experiment-1 у 2023 році, який допоможе вченим шукати воду, і марсоходу NASA Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) у листопаді 2024 року, який досліджуватиме Монс-Мутон, велика гора з плоскою вершиною, щоб зблизька побачити розташування та концентрацію водяного льоду та інших потенційних ресурсів.
«Ця технологія має потенціал виробляти на поверхні Місяця кисень, який у кілька разів перевищує власну вагу на рік, що забезпечить тривалу присутність людини та місячну економіку», — сказав Аарон Паз, старший інженер NASA та керівник проекту CaRD у Johnson.
Щоб застосувати цей процес до виробництва кисню на Місяці, карботермальний реактор повинен бути здатний утримувати тиск, щоб гази не виходили в космос, і водночас дозволяти місячному матеріалу рухатися в зону реакції та виходити з неї. Експлуатація реактора у вакуумному середовищі для тестування CaRD імітувала умови на поверхні Місяця та підвищила рівень технічної готовності реактора до шести, що означає, що технологія має повністю функціональний прототип або репрезентативну модель і готова до випробувань у простір.
«Наша команда довела, що реактор CaRD виживе на місячній поверхні та успішно витягуватиме кисень», — сказала Анастасія Форд, інженер NASA та керівник випробувань CaRD у Johnson. «Це великий крок у розвитку архітектури для побудови стійких людських баз на інших планетах».
Програма Game Changing Development (GCD) в рамках Управління науково-технологічної місії (STMD) спонсорувала випробування, щоб створити технологію, необхідну для вилучення кисню з місячного ґрунту, який був визначений як критична технологічна прогалина.
CaRD є частиною інноваційної ініціативи STMD Lunar Surface Innovation Initiative (LSII). Завдяки LSII NASA розробляє основні можливості, необхідні людям і системам для успішного життя та роботи в різних середовищах на поверхні Місяця та інших планет.
Ту саму технологію, яку підтвердив тест CaRD, можна буде застосувати до місій Артеміди, а одного разу й до подорожей глибше нашої Сонячної системи. Після успішного завершення цього демонстраційного випробування NASA встановило, що кисень можна витягти з існуючого місячного матеріалу, щоб забезпечити людей ресурсами, критично важливими для виживання та транспортування в позаземних світах. Завдяки місіям «Артеміда» NASA висадить першу жінку та першу кольорову людину на поверхню Місяця, прокладаючи шлях для довгострокової присутності на Місяці та слугуючи трампліном для астронавтів на шляху до Марса.