Czy Księżyc ma wystarczającą ilość wody na plan osiedlenia Marsa Roberta Zubrina?

W „The Case for Mars” Roberta Zubrina nakreśla plan osiedlenia Marsa (między innymi) poprzez znalezienie wody i wykorzystanie elektrolizy do rozbicia wody na wodór i tlen. Zapewnia to paliwo dla pojazdów i powietrze dla załogi do oddychania. Czy podobny plan może zadziałać w celu ustalenia księżyca? Czy na Księżycu jest wystarczająca ilość zasobów, aby osada była samowystarczalna? Czy na Księżycu jest wystarczająca ilość wody, aby było to wykonalne?

Samowystarczalność jest niezwykle szerokim pojęciem. Możemy argumentować, że tak, na Księżycu jest woda i że tak, istnieją realne sposoby na wytwarzanie wymaganej energii elektrycznej w sposób samowystarczalny, ale prawdziwe pytanie brzmi, czy istnieją obszary na Księżycu, które byłyby opłacalne dla obu o tym samym czasie.

Widzisz, najbardziej prawdopodobnym miejscem, w którym na Księżycu mogłyby istnieć wody powierzchniowe lub podpowierzchniowe i nadające się do masowej ekstrakcji, są jej polarne, trwale ciemne obszary. Rzeczywiście, statek kosmiczny Chandrayaan-1 ISRO (Indian Space Research Organisation) wykrył dowody na obecność wody uwięzionej w powierzchniowych minerałach księżycowego regolitu w księżycowym południowym regionie polarnym, woda, która prawdopodobnie pochodzi z uderzenia asteroidy i komety, zatapiając ją głęboko w rdzeniu księżycowym i uwalniając jako magmowa woda bliżej powierzchni. Jakakolwiek woda w dowolnej formie w innych regionach Księżyca, które są narażone na działanie promieni słonecznych i promieniowania słonecznego, sublimują bezpośrednio do swojej formy gazowej, a przy jonizacji tracą atomy wodoru, a więc atomy wodoru i tlenu mogą nadal być w pewnym stopniu osadzone w powierzchni minerały warstwowe, wydobycie byłoby tam prawdopodobnie zbyt skomplikowane.

Ale gdziekolwiek znajdziesz swoje źródło wody, nadal będziesz potrzebować dużej ilości energii elektrycznej, aby zasilić instalację wydobywczą, a następnie użyj elektrolizy, aby rozdzielić wodę cząsteczkową na jej atomy składowe i sprasować ją w warunkach kriogenicznych do ich płynów dwuatomowych, które są odpowiedni jako komponenty pędne, ciekły tlen okrzemkowy (lub LOX) jako utleniacz i dwukrotnie więcej w cząsteczkowej ilości ciekłego wodoru okrzemkowego (lub LH2) jako paliwo rakietowe. Problem z elektrycznością polega na tym, że jeśli nie przyniesiesz własnego i dużej ilości energii do zasilania swoich roślin, prawdopodobnie zechcesz użyć energii słonecznej lub skorzystać z regolitu księżycowego osadzonego w helu-3 (lub ³ He) i zasilaj reaktor fuzyjny helu 3 trzeciej generacji. Zobacz na przykład moją odpowiedź naEksploracja kosmosu, w jaki sposób można to zrobić.

Na razie głównym problemem związanym z eksploatacją zasobów Księżyca jest znalezienie wystarczających i wykonalnych zasobów wody, w których istnieją również samowystarczalne sposoby wytwarzania wymaganej energii elektrycznej. Jedną z opcji, o której mogę myśleć, jest pozostawanie na najbardziej narażonym na równik księżycowy Słońca i wydobywanie izotopów wodoru deuteru i trytu, a także helu-3 z regolitu księżycowego, wszystkie osadzone tam z Coronal Mass Ejections (CME). Wymagany tlen można wytworzyć przez zmiażdżenie utlenionych minerałów i umożliwienie im pocenia się w obecności izotopów wodoru w wodzie jonizowanej, a hel-3 można wykorzystać, jak wspomniano wcześniej, do podtrzymania reakcji syntezy jądrowej, wytwarzając niezbędną energię elektryczną, aby później rozbić cząsteczki wody na składowe atomy wodoru i tlenu przez elektrolizę.

Ile izotopów wodoru i helu jest faktycznie osadzonych w księżycowym regolicie i jak długo te złoża utrzymują się w nim, prawdopodobnie pozostając tam przez co najmniej pewien czas z powodu ładunku statycznego regolitu, który jest bombardowany przez promieniowanie słoneczne, jest to jednak zupełnie inne pytanie, na które obecnie nie możemy jeszcze odpowiedzieć. Badanie środowiska egzosfery i pyłu Księżyca jest jedynym celem LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer), który ledwo tam uruchomiliśmy. Mniej więcej za rok dowiemy się, czy będzie w stanie dostarczyć jednoznaczne dowody naukowe na te teorie, o których właśnie wspomniałem.

Ponadto Mars ma znacznie bardziej znaczącą atmosferę złożoną z ~ 95% CO2 (co jest jednym z głównych punktów, o których mówi Zubrin), podczas gdy atmosfera księżyca blednie w porównaniu. Dlaczego to jest ważne? W połączeniu z zapasem wodoru, który zostałby zabrany, można połączyć CO2 z H2, aby wytworzyć metan (CH4), który można wykorzystać jako paliwo rakietowe; można również produkować wodę. Zobacz reakcję Sabatiera .

Strona 60 w „Case for mars” mówi także o zaletach i wadach układów paliwowych CH4 / O2 i CO / O2, ta pierwsza jest naprawdę lepszą alternatywą, gdyby wodór był dostępny. Ponadto, gdy mówimy o osadach, eksploracja jest kluczową funkcją. Paliwo do pojazdów może być również dostarczane poprzez wykorzystanie marsjańskiego CO2 atmosferycznego.