يمكن استخدام التربة القمرية لإنتاج الأكسجين والوقود لرواد الفضاء القمري

تحتوي تربة القمر على مركبات نشطة يمكنها تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين ووقود ، وفقًا لدراسة جديدة أجراها علماء في الصين ، نُشرت في عدد 5 مايو 2022 من المجلة. جول. إنهم يستكشفون حاليًا ما إذا كان يمكن استخدام الموارد القمرية لتسهيل استكشاف الإنسان على القمر أو ما بعده.

يأمل عالما المواد بجامعة نانجينغ Yingfang Yao و Zhigang Zou في تصميم نظام يستخدم أكثر الموارد وفرة على القمر ، التربة القمرية والإشعاع الشمسي. بعد استكشاف التربة القمرية التي أعادتها مركبة الفضاء الصينية Chang’e 5 ، وجد فريق البحث أن العينة تحتوي على مركبات بما في ذلك الحديد والمواد الغنية بالتيتانيوم التي يمكن أن تعمل كمحفز لإنتاج المواد المرغوبة مثل الأكسجين باستخدام ضوء الشمس. نشبع.

تُظهر هذه الصورة عينة من التربة القمرية أعادتها مركبة الفضاء الصينية Chang 5. الائتمان: Yingfang Yao

بناءً على الملاحظات ، اقترح الفريق استراتيجية “التمثيل الضوئي خارج كوكب الأرض”. بشكل أساسي ، يستخدم هذا النظام تربة القمر لتحليل المياه المستخرجة من القمر وتحويلها إلى أكسجين وهيدروجين ، والتي تحركها أشعة الشمس أثناء زفير رواد الفضاء. يتم جمع ثاني أكسيد الكربون ، المنبعث من سكان القمر ، من التحليل الكهربائي للماء أثناء عملية الهدرجة ، والتي تتفاعل مع تربة القمر ، وتتحد مع الهيدروجين.

توفر هذه العملية الهيدروكربونات مثل الميثان ، والتي يمكن استخدامها كوقود. يقول الباحثون إن هذه الإستراتيجية لا تستخدم الطاقة الخارجية ، ولكنها تستخدم ضوء الشمس لإنتاج منتجات مرغوبة متنوعة مثل الماء والأكسجين والوقود التي يمكن أن تدعم الحياة على سطح القمر. يتطلع الفريق إلى فرصة اختبار النظام في الفضاء ، حيث من المحتمل أن يكون فريق الصين المستقبلي في مهمات قمرية.

يوضح هذا المشروع كيف تعمل التربة القمرية كمحفز لعملية التمثيل الضوئي خارج الأرض لإنتاج الأكسجين والوقود اللازم للبقاء على القمر على المدى الطويل. الائتمان: Yingfang Yao

يقول ياو: “نحن نستخدم الموارد الموجودة في البيئة لتقليل حمولات الصواريخ ، وتوفر استراتيجيتنا سيناريو لبيئة حياة خارج كوكب الأرض مستدامة وبأسعار معقولة”.

على الرغم من أن التربة القمرية أقل تحفيزًا من المحفزات المتوفرة على الأرض ، يقول ياو إن الفريق يختبر طرقًا مختلفة لتحسين تصميم التربة القمرية لتذوب في مادة عالية النانو ، وهي مادة حفازة ممتازة.

https://www.youtube.com/watch؟v=TxMM0iRwjaI
في هذا الفيديو ، تميؤ التمثيل الضوئي المتحلل بالتربة القمرية. الائتمان: Yingfang Yao

في السابق ، اقترح العلماء عدة استراتيجيات للبقاء على قيد الحياة خارج كوكب الأرض. لكن معظم التصاميم تتطلب مصادر طاقة من الأرض. علي سبيل المثال،[{” attribute=””>NASA’s Perseverance Mars rover brought an instrument that can use carbon dioxide in the planet’s atmosphere to make oxygen, but it’s powered by a nuclear battery onboard.

This photograph shows the research team at Nanjing University holding the lunar soil sample. Credit: Yingfang Yao

“In the near future, we will see the crewed spaceflight industry developing rapidly,” says Yao. “Just like the ‘Age of Sail’ in the 1600s when hundreds of ships head to the sea, we will enter an ‘Age of Space.’ But if we want to carry out large-scale exploration of the extraterrestrial world, we will need to think of ways to reduce payload, meaning relying on as little supplies from Earth as possible and using extraterrestrial resources instead.”

Reference: “Extraterrestrial photosynthesis by Chang’E-5 lunar soil” by Yingfang Yao, Lu Wang, Xi Zhu, Wenguang Tu, Yong Zhou, Rulin Liu, Junchuan Sun, Bo Tao, Cheng Wang, Xiwen Yu, Linfeng Gao, Yuan Cao, Bing Wang, Zhaosheng Li, Wei Yao, Yujie Xiong, Mengfei Yang, Weihua Wang and Zhigang Zou, 5 May 2022, Joule.
DOI: 10.1016/j.joule.2022.04.011

This work was supported by the National Key Research and Development Program of China, the Major Research Plan of the National Natural Science Foundation of China, the National Natural Science Foundation of China, the Fundamental Research Funds for the Central Universities, the Program for Guangdong Introducing Innovative and Entrepreneurial Teams, the Natural Science Foundation of Jiangsu Province. the open fund of Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, the Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, the Civil Aerospace Technology Research Project: Extraterrestrial In-situ water Extraction and Photochemical Synthesis of Hydrogen and Oxygen, and Foshan Xianhu Laboratory of the Advanced Energy Science and Technology Guangdong Laboratory.