ESA åbner iltanlæg, laver luft af månestøv

ESA's tekniske hjerte er begyndt at producere ilt ud af simuleret månestøv.

Et prototype iltanlæg er blevet oprettet i Materials and Electrical Components Laboratory i European Space Research and Technology Centre, ESTEC, med base i Noordwijk i Holland.

"Ved at have vores egen facilitet kan vi fokusere på iltproduktion, måling af det med et massespektrometer, når det udvindes fra regolith-simulanten, " kommenterer Beth Lomax fra University of Glasgow, hvis ph.d. arbejdet støttes gennem ESA's Networking and Partnering Initiative, udnytte avanceret akademisk forskning til rumapplikationer.

"At være i stand til at erhverve ilt fra ressourcer fundet på Månen ville naturligvis være enormt nyttigt for fremtidige månebosættere, både til vejrtrækning og i den lokale produktion af raketbrændstof."

ESA-forsker Alexandre Meurisse tilføjer:"Og nu har vi faciliteten i drift, så vi kan se på at finjustere den, for eksempel ved at reducere driftstemperaturen, til sidst at designe en version af dette system, der en dag kunne flyve til Månen for at blive betjent der."

Prøver returneret fra månens overflade bekræfter, at månens regolit består af 40-45 % ilt efter vægt, dets mest rigelige element. Men denne ilt er bundet kemisk som oxider i form af mineraler eller glas, så er ikke tilgængelig til øjeblikkelig brug.

ESTECs iltudvinding foregår ved hjælp af en metode kaldet smeltet saltelektrolyse, involverer at placere regolith i en metalkurv med smeltet calciumchloridsalt for at tjene som en elektrolyt, opvarmet til 950°C. Ved denne temperatur forbliver regolitten fast.

Men at passere en strøm gennem den får ilten til at blive ekstraheret fra regolitten og migrere hen over saltet for at blive opsamlet ved en anode. Som en bonus omdanner denne proces også regolitten til brugbare metallegeringer.

Faktisk blev denne elektrolysemetode til smeltet salt udviklet af det britiske firma Metalysis til kommerciel metal- og legeringsproduktion. Beths ph.d. involveret at arbejde i virksomheden for at studere processen, før den genskabes hos ESTEC.

"På Metalyse, oxygen produceret ved processen er et uønsket biprodukt og frigives i stedet som kuldioxid og kulilte, hvilket betyder, at reaktorerne ikke er designet til at modstå selve oxygengas, " forklarer Beth. "Så vi var nødt til at redesigne ESTEC-versionen for at kunne have ilt til rådighed til at måle. Laboratorieteamet var meget hjælpsomme med at få det installeret og fungere sikkert."

Iltanlægget kører stille, med den ilt, der produceres i processen, udluftes i et udstødningsrør for nu, men vil blive gemt efter fremtidige opgraderinger af systemet.

"Produktionsprocessen efterlader et virvar af forskellige metaller, tilføjer Alexandre, "og dette er en anden nyttig forskningslinje, for at se, hvad der er de mest nyttige legeringer, der kunne fremstilles af dem, og hvilken slags applikationer kunne de bruges til.

"Kunne de være 3D-printede direkte, for eksempel, eller ville de kræve raffinering? Den præcise kombination af metaller vil afhænge af, hvor på Månen regolitten er hentet fra - der ville være betydelige regionale forskelle."

Det ultimative mål ville være at designe et "pilotanlæg", der kunne fungere bæredygtigt på Månen, med den første teknologidemonstration rettet mod midten af ​​2020'erne.

"ESA og NASA er på vej tilbage til Månen med bemandede missioner, denne gang med henblik på at blive, " siger Tommaso Ghidini, leder af ESA's strukturer, Mekanismer og materialer division.

"Derfor ændrer vi vores tekniske tilgang til en systematisk brug af månens ressourcer in-situ. Vi arbejder sammen med vores kolleger i Human and Robotics Exploration Directorate, Den europæiske industri og den akademiske verden for at levere videnskabelige tilgange i topklasse og nøgleteknologier som denne, mod en vedvarende menneskelig tilstedeværelse på Månen og måske en dag Mars."