Новости

Nov 17, 2023

Будущие миссии на Луну и Марс могут производить кислород с помощью экспериментальной солнечной технологии

Технология еще не готова, но она приближается. Будущая Луна и Марс

Технология еще не готова, но она приближается.

Будущие миссии на Луну и Марс могут использовать высокотехнологичную комбинацию солнечной энергии и химических реакций для производства кислорода и даже ракетного топлива из лунного льда или углекислого газа в марсианской атмосфере.

Думайте об этом как о высокотехнологичной версии фотосинтеза — процесса, который помогает растениям преобразовывать солнечный свет и углекислый газ в химическую энергию и кислород. Инженеры уже много лет работают над технологией, называемой фотоэлектрохимическими (ФЭХ) ячейками. В недавнем исследовании исследователь фотосинтеза из Уорикского университета Катарина Бринкерт и ее коллеги подсчитали цифры и предполагают, что клетки PEC могут работать достаточно хорошо, чтобы быть полезными на Луне и, в конечном итоге, на Марсе.

Кратер Шеклтон является потенциальным источником водяного льда для будущих лунных миссий. На этом изображении, полученном лунным разведывательным орбитальным аппаратом НАСА, ближняя (обращенная к Земле) сторона Луны находится справа. На возвышении ложного цвета слева красный выше, а синий ниже.

Ячейки PEC — это передовая технология, но принцип, лежащий в ее основе, довольно прост. Сначала солнечный свет попадает на материал, называемый фотосенсибилизатором. Несколько различных материалов могут быть фотосенсибилизаторами; растения используют хлорофилл, а некоторые материалы, используемые в полупроводниках — важном компоненте компьютерных чипов — также являются фотосенсибилизаторами. Вся работа фотосенсибилизатора заключается в передаче энергии солнечного света другим молекулам посредством химической реакции.

Не вдаваясь слишком глубоко в химию, конечный результат заключается в том, что свет Солнца помогает запустить химические реакции, которые могут расщепить молекулы воды на кислород (для дыхания) и водород (для ракетного топлива) или углекислый газ на кислород и углерод (для дыхания). все виды вещей). А Бринкерт и ее коллеги говорят, что будущие лунные поселенцы смогут создавать фотосинтезаторы из материалов, которые уже находятся на Луне.

Разделение воды на составляющие ее атомы — не новая идея, и уже существует несколько технологий, позволяющих выполнить эту работу, но большинство из них громоздки, сложны и дороги. Сторонники ячеек УИК говорят, что они представляют собой компактную альтернативу, которую можно расширить настолько, чтобы поддержать лунное поселение.

На борту Международной космической станции (МКС) солнечные панели генерируют электроэнергию для всего на борту, включая устройство, расщепляющее молекулы воды для производства кислорода (забавный факт: часть кислорода, которым дышат астронавты, получается из их собственной переработанной мочи). Но в устройстве PEC солнечный свет непосредственно участвует в химической реакции, а не просто является источником энергии для другого оборудования. Он менее эффективен, чем установка МКС, но он также намного компактнее и включает в себя меньше движущихся частей, что является преимуществом для любого оборудования, которому, возможно, придется летать на Луну.

Солнечные батареи Международной космической станции производят электроэнергию, которая используется в процессе расщепления воды на борту. Это отличается от ячеек PEC, которые преобразуют солнечный свет непосредственно в химическую энергию для реакции.

Бринкерт и ее коллеги хотели выяснить, могут ли клетки PEC на самом деле помочь будущим поселенцам на Луне преобразовывать лед (например, запасы, спрятанные в тени кратера Шеклтон возле южного полюса Луны) в пригодный для дыхания воздух и жидкий водород. Один из способов проверить это — поместить настоящие клетки PEC в среду, имитирующую условия на Луне, от температуры до присутствия мелкой каменистой пыли, называемой реголитом. Однако более простой способ проверить это — поместить химические реакции, происходящие в ячейке PEC, в ряд уравнений, которые также включают такие факторы, как температура, количество солнечного света, достигающего клеток, и воздействие реголита.

Согласно статье, опубликованной в журнале Nature, результаты выглядят многообещающе.

«Мы показали, что применение этих устройств может выйти за пределы Земли и потенциально способствовать осуществлению освоения космоса человеком», — пишут Бринкерт и ее коллеги.