Księżycowi górnicy byli szczególnie radośni w tym tygodniu, kiedy naukowcy powiedzieli, że znaleźli przekonujące dowody na istnienie lodu wodnego na powierzchni Księżyca. Jest tam o wiele więcej lodu, niż myśleliśmy, a teraz wiemy dokładnie, gdzie leży. Może to znacznie uprościć przyszłe pobieranie wody.
Na długo przed tym odkryciem naukowcy próbowali znaleźć jakąkolwiek wodę, która mogłaby kryć się na powierzchni Księżyca. Jest to zasób, który będzie niezwykle cenny dla przyszłych długoterminowych misji na Księżyc, ponieważ woda jest niezbędna do życia na Ziemi. Można go poddać recyklingowi w środowisku księżycowym lub wykorzystać do picia lub kąpieli. Również z jego pomocą można by wyhodować rośliny niezbędne do wyżywienia przyszłych mieszkańców Księżyca.
Prawdopodobnie największe i najbardziej bezpośrednie wykorzystanie wody księżycowej to paliwo rakietowe. Główne składniki wody - wodór i tlen - to dwa z najważniejszych materiałów używanych do produkcji paliwa rakietowego. A jeśli zrobisz paliwo rakietowe z wody na Księżycu, byłoby wspaniale zaoszczędzić pieniądze na ambitnych misjach w kosmosie. Na razie rakiety opuszczające Ziemię muszą zabrać ze sobą całe potrzebne paliwo. Ale używając księżycowego lodu, rakiety mogłyby być tankowane w kosmosie i docierać do dalszych miejsc za mniej pieniędzy.
Czy woda jest lepsza niż olej?
„Pomysł polega na stworzeniu pewnego rodzaju pozaziemskiego łańcucha dostaw niektórych produktów - w szczególności wody jako paliwa - aby znacznie ułatwić przemieszczanie się z jednego ciała do drugiego w kosmosie” - mówi Julie Brisset. Pracownik naukowy, Florida Space Institute.
Dostarczanie czegoś w kosmos jest zawsze kosztowne. Jeśli chcesz, aby twój satelita uciec przed ziemską grawitacją, będziesz potrzebować dużo paliwa, aby wprowadzić go na orbitę. W rzeczywistości większość ciężaru, jaki rakieta przenosi podczas startu, pochodzi z paliwa. Im głębiej idziesz w kosmos, tym więcej paliwa potrzebujesz. Aby oderwać się od grawitacji planety, potrzeba więcej energii. Dlatego misje w kosmos stają się coraz droższe, ponieważ potrzebna jest duża rakieta i potrzeba dużo paliwa.
Ale co by było, gdybyś zamiast pobierać paliwo na Ziemi, mógłbyś napełnić zbiornik paliwem, które jest już w kosmosie? Wtedy misje w kosmos staną się tak przyziemne, jak podróż z jednego miasta do drugiego. „Wyobraź sobie, że musiałeś opuścić Denver, a po drodze nie było stacji benzynowych i trzeba było wozić paliwo aż do Nowego Jorku” - mówi George Sowers, profesor Colorado School of Mines i były wiceprezes United Launch. Sojusz. „Na pewno nie dostaniesz tego wszystkiego do samochodu. Będziemy musieli wziąć przyczepę”. Dlatego idea rozwoju Księżyca jest tak ekscytująca dla umysłu. Wodę na Księżycu można wydobywać, rozbijać na paliwo rakietowe i transportować na orbitę okołoksiężycową lub niską. Rakiety nie muszą być duże, aby zabrać ze sobą całe paliwo. Mogli po prostu zadokować przy stacji benzynowej i zatankować na długie podróże.
Film promocyjny:
Transport paliwa z Księżyca w inne miejsca w kosmosie będzie znacznie tańszy niż transport go z Ziemi. Na Księżycu jedna szósta grawitacji Ziemi, co oznacza, że wydostanie się z powierzchni wymaga mniej energii. Siewcy niedawno przeanalizowali koszt transportu paliwa księżycowego w różne miejsca w kosmosie. Na przykład dostarczanie księżycowej wody na niską orbitę okołoziemską jest tańsze niż wysyłanie jej z Ziemi, chociaż nasza planeta jest bliżej. „Jeśli zamierzasz używać tego paliwa na niskiej orbicie okołoziemskiej, oszczędności wyniosą 20-30%, jeśli użyjesz paliwa księżycowego zamiast ziemskiego” - mówi Sowers.
Naukowcy od dziesięcioleci fantazjowali o przekształcaniu wody księżycowej w paliwo rakietowe, odkąd pojawiły się dowody na przydatność biegunów księżycowych do tworzenia się lodu. W 1994 roku wspólne badanie NASA i armii amerykańskiej o nazwie Clementine wykazało, że w kraterach na biegunach księżycowych znajduje się woda. Miejsca te nigdy nie widzą światła słonecznego i nigdy nie osiągają temperatur powyżej -250 stopni Fahrenheita. Od tamtej pory kilka misji na Księżyc potwierdziło, że w okolicy może być woda. W 2009 roku NASA zrzuciła statek kosmiczny LCROSS do krateru na południowym biegunie księżyca, aby zobaczyć, jakie materiały wyrzuci uderzenie. Stwierdzono, że zrzut zawierał 5% wody.
Jednak badanie opublikowane w tym tygodniu w PNAS pokazuje, że niektóre obszary księżyca mogą być zanurzone w wodzie. Naukowcy z University of Hawaii i Brown University przeanalizowali dane zebrane przez indyjską sondę kosmiczną Chandranayan 1, która wypłynęła na Księżyc w 2008 roku. Używając jednego z instrumentów statku, byli w stanie zmapować obszary lodu na Księżycu, mierząc współczynnik odbicia wody. Przeanalizowali również te miejsca w świetle podczerwonym i ustalili, że woda przybrała postać lodu, a nie cieczy lub pary. Nie tylko potwierdzili, że lód wodny jest obecny na powierzchni Księżyca, ale także że niektóre obszary na Ziemi składają się w 20-30% z lodu. W zależności od tego, jak głęboko lód zagłębia się pod powierzchnią, możliwe byłoby wyznaczenie miejsca wydobycia składników paliwa.
Magazyn paliwa na niskiej orbicie okołoziemskiej otwiera nowe możliwości dla misji w kosmosie. Na przykład, można zbudować holownik kosmiczny - rakietę, która siedzi w kosmosie, w kółko tankuje i zabiera satelity w wybrane miejsce. Teraz satelity, które są wyniesione na wysoką orbitę, spędzają od sześciu miesięcy do roku, aby powoli rosnąć wyżej przy użyciu silników pokładowych. W tym czasie nie mogą wykonywać swojej pracy i nie przynoszą pieniędzy. Ale dzięki holownikowi kosmicznemu satelity mogą być rozmieszczane na niższych orbitach za pomocą małych rakiet, a następnie wykorzystywane przez holownik kosmiczny do umieszczenia satelitów na pożądanej orbicie w ciągu zaledwie kilku dni. Pozwoliłoby to zaoszczędzić pieniądze operatorów satelitarnych: nie musieliby odpalać dużej rakiety, aby wynieść swój ładunek w kosmos.i mieliby więcej czasu na pracę ze swoim towarzyszem.
Więc tak, woda księżycowa jest chłodna jak paliwo, ale nie będzie łatwo zacząć ją wydobywać. Najpierw musisz przeprowadzić rozległy rekonesans. Dzięki badaniu PNAS naukowcy zasadniczo stworzyli mapę pokazującą, gdzie szukać najbardziej soczystych obszarów lodu wodnego na biegunach księżycowych. Następnym krokiem będzie wysłanie modułów lądowania i łazików w celu znalezienia najlepszych miejsc. Naukowcy nie wiedzą jeszcze, czy lód ma postać błota pośniegowego zmieszanego z lodem, czy też stałych bloków zmieszanych z innym materiałem powierzchniowym. „Wiemy, jak zaprojektować sprzęt wydobywczy. Po prostu nie wiemy, jakiego sprzętu użyć”- mówi Metzger.
Jednym z pomysłów jest wykopanie księżycowej gleby za pomocą koparki, która przesyła materiał do procesora. Procesor oddziela lód od gleby podczas procesu ogrzewania i rozbija wodę na podstawowe składniki za pomocą energii elektrycznej. Część powstałego paliwa jest następnie wykorzystywana do wyrzucenia pozostałej wody z księżyca w pojeździe do magazynu paliwa.
Oczywiście wszystko to będzie drogie. „Wszystko sprowadza się do analizy kosztów” - mówi Metzger. „Czy taniej jest wystrzelić paliwo rakietowe z Ziemi, czy też taniej jest jednorazowo wystrzelić sprzęt w kosmos, a następnie konserwować ten sprzęt i używać go do ciągłego wytwarzania paliwa rakietowego w kosmosie?” Na podstawie analizy przeprowadzonej przez Metzgera, Brissé i Sowersa doszli do wniosku, że inwestycja w wydobycie na Księżycu przyniesie zysk po dziesięciu latach. Ale ponieważ wydobycie na Księżycu jest ryzykownym biznesem, inwestorzy kapitału wysokiego ryzyka mogą nie chcieć aktywnie angażować się w ten biznes.
Dlatego zespół sugeruje, że NASA powinna współfinansować wczesne prace wydobywcze. Dlatego inwestorzy komercyjni są bardziej skłonni do współpracy z renomowaną agencją, która może ponieść część kosztów.
NASA nie będzie świadczyć usług inwestorom: agencja kosmiczna zasugerowała, że do napędzania statku kosmicznego opuszczającego powierzchnię Księżyca z bazy może być potrzebnych do 100 ton paliwa rocznie. Jeśli to wszystko zostanie wystrzelone z Ziemi, będzie to wymagało około 3,5 miliarda dolarów rocznie. Oszczędności wynikające z tworzenia paliwa księżycowego sprawią, że misje na Księżyc i Marsie będą tańsze. „Misje na Marsa byłyby tańsze, podobnie jak wszystko, co robimy poza Ziemią” - mówi Sowers. Na przykład użycie paliwa księżycowego do tankowania rakiet obniżyłoby trzykrotnie koszt lotu na Księżyc z Ziemi, powiedział Sowers. Jest to ważne, biorąc pod uwagę, że NASA ma zamiar ponownie przeprowadzić ludzką misję na Księżyc.
Ilya Khel