Ученые совершили прорыв, который может кардинально изменить наши представления о жизни на Луне. Исследование, опубликованное в журнале Joule, демонстрирует удивительную технологию: специалисты научились добывать воду прямо из лунного грунта и немедленно пускать ее в дело — превращать углекислый газ в кислород для дыхания и компоненты для производства топлива.

Мы и представить себе не могли, каким «волшебством» обладает лунный грунт, — делится впечатлениями Лу Ван из Китайского университета Гонконга в Шэньчжэне. — Нас больше всего поразил осязаемый успех этого комплексного подхода. Единый процесс извлечения воды и катализа позволяет повысить эффектив использования энергии и drastically снизить стоимость и сложность создания необходимой инфраструктуры.

Идея использовать Луну как перевалочный пункт для путешествий в глубины космоса витает в воздухе десятилетиями. Главным камнем преткновения всегда была логистика: как доставить на спутник гигантские объемы ресурсов, особенно воды. По подсчетам ученых, доставка одного галлона (около 3,8 литра) воды на ракете обходится в астрономические 83 000 долларов. А один астронавт в день выпивает примерно четыре таких галлона.

Образцы грунта, доставленные миссией «Чанъэ-5», окончательно подтвердили: вода на Луне есть. Это открывает путь к созданию автономных баз, которые будут жить на собственные ресурсы, минуя запредельные затраты на доставку всего необходимого с Земли. Прежние методы добычи воды были многоступенчатыми, требовали огромных затрат энергии и не решали задачу переработки CO2.

Команда Лу Ван предложила изящное решение — технологию «два в одном». Она не только извлекает воду из реголита, но и сразу использует ее для преобразования углекислого газа, который выдыхают космонавты. На выходе получаются угарный газ (CO) и водород — ключевые ингредиенты для создания ракетного топлива и кислорода.

В основе процесса — фототермальная стратегия, которая превращает солнечный свет в тепло, необходимое для всех этих химических превращений.

Ученые проверили технологию в лаборатории на трех типах материалов: на настоящем лунном грунте с «Чанъэ», на его искусственном аналоге и в специальном реакторе, заполненном CO2. В качестве катализатора использовали ильменит — тяжелый черный минерал, один из главных „резервуаров“ воды в лунной почве.

Однако путь от лаборатории до Луны полон препятствий. Авторы исследования честно признают: суровая реальность лунной среды — резкие перепады температур, мощная радиация, низкая гравитация — серьезно осложнит работу любой технологии. Есть и другие проблемы:

• Неоднородность грунта. Лунный реголит в разных местах обладает разным составом и свойствами, что может повлиять на эффективность работы системы.
• Объем CO2. Количество углекислого газа от дыхания ограниченного экипажа может оказаться недостаточным для производства всего необходимого топлива, воды и кислорода в полном объеме.
• Недостаточная эффективность. Современные катализаторы пока еще не достигли того уровня производительности, который требуется для полноценного поддержания жизни человека в космосе.

Преодоление этих технических барьеров и сопутствующих им значительных затрат на разработку, развертывание и эксплуатацию будет иметь решающее значение для реализации устойчивого использования лунных ресурсов, — заключают авторы работы.

Реальная польза этого исследования заключается в фундаментальном сдвиге парадигмы — от логистики снабжения к автономному выживанию. Вместо того чтобы быть безжизненным складом припасов, доставленных с Земли, лунная база может стать самоокупаемым организмом. Это краеугольный камень для любой долгосрочной миссии, будь то добыча полезных ископаемых, глубокое изучение Луны или использование ее как стартовой площадки для полетов на Марс. Технология решает сразу три ключевые проблемы — дыхание, питье и топливо, — замыкая жизненный цикл базы на местных ресурсах. Это не просто экономия средств; это вопрос принципиальной возможности существования вне Земли.

Наиболее уязвимое место исследования — его переход из контролируемых лабораторных условий в нестабильную и агрессивную среду Луны. Лабораторные тесты проводились на отобранных и, вероятно, оптимальных образцах грунта. В реальности же реголит — это неоднородная, абразивная пыль, которая может забить и вывести из строя любое сложное оборудование. Кроме того, в работе не до конца проработан вопрос энергоэффективности всего цикла в масштабах, необходимых для поддержания жизни хотя бы нескольких человек. Солнечный свет на Луне хоть и интенсивен, но прерывается 14-суточными ночами, что потребует создания гигантских накопителей энергии или альтернативных ее источников, что снова увеличивает сложность и стоимость всей системы.

Ранее ученые объяснили наличие у Луны двух совершенно разных сторон.