يمكن استخدام التربة القمرية لتوليد الأكسجين والوقود لرواد الفضاء على القمر

انطباع فنان عن شكل القاعدة القمرية. أفاد العلماء الذين يستكشفون ما إذا كان يمكن استخدام الموارد القمرية لتسهيل الاستكشاف البشري على القمر أو ما بعده أن التربة القمرية تحتوي على مركبات نشطة يمكنها تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين ووقود. الائتمان: ESA – P. Carril

تحتوي التربة على القمر على مركبات نشطة يمكنها تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين ووقود ، وفقًا لدراسة جديدة أجراها علماء في الصين ونشرت في 5 مايو 2022 في المجلة. جول. إنهم يحققون حاليًا فيما إذا كان يمكن استخدام الموارد القمرية لتسهيل الاستكشاف البشري على القمر أو ما بعده.

يأمل عالما المواد بجامعة نانجينغ Yingfang Yao و Zhigang Zou في تصميم نظام يستفيد من التربة القمرية والإشعاع الشمسي ، وهما أكثر الموارد وفرة على القمر. بعد تحليل التربة القمرية التي أعادتها مركبة الفضاء الصينية Chang’e 5 ، وجد فريق البحث أن العينة تحتوي على مركبات – بما في ذلك المواد الغنية بالحديد والتيتانيوم – والتي يمكن أن تعمل كمحفز لإنتاج المنتجات المرغوبة مثل الأكسجين باستخدام ضوء الشمس و نشبع.

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

بناءً على الملاحظة ، اقترح الفريق استراتيجية “التمثيل الضوئي خارج كوكب الأرض”. بشكل أساسي ، يستخدم النظام تربة القمر لتحليل المياه المستخرجة من القمر وفي عادم تنفس رواد الفضاء إلى أكسجين وهيدروجين يتم تشغيله بواسطة ضوء الشمس. يتم أيضًا جمع ثاني أكسيد الكربون الذي ينفثه سكان القمر ودمجه مع الهيدروجين من التحليل الكهربائي للماء أثناء عملية الهدرجة التي تحفزها التربة القمرية.

تنتج العملية الهيدروكربونات مثل الميثان ، والتي يمكن استخدامها كوقود. يقول الباحثون إن الاستراتيجية لا تستخدم طاقة خارجية ولكن ضوء الشمس لإنتاج مجموعة متنوعة من المنتجات المرغوبة مثل الماء والأكسجين والوقود التي يمكن أن تدعم الحياة على قاعدة القمر. يبحث الفريق عن فرصة لاختبار النظام في الفضاء ، على الأرجح مع مهمات القمر الصينية المأهولة في المستقبل.

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

يقول ياو: “نحن نستخدم الموارد البيئية في الموقع لتقليل حمولة الصواريخ ، وتوفر استراتيجيتنا سيناريو لبيئة معيشية مستدامة وبأسعار معقولة خارج كوكب الأرض”.

في حين أن الكفاءة التحفيزية للتربة القمرية أقل من المحفزات المتاحة على الأرض ، يقول ياو إن الفريق يختبر طرقًا مختلفة لتحسين التصميم ، مثل إذابة التربة القمرية إلى مادة نانوية عالية الانتروبيا ، وهو محفز أفضل.

https://www.youtube.com/watch؟v=TxMM0iRwjaI
يُظهر هذا الفيديو التحليل الكهربائي للماء الذي يحركه الخلايا الكهروضوئية والذي يتم تحفيزه بواسطة تربة القمر. الائتمان: Yingfang Yao

في السابق ، اقترح العلماء العديد من الاستراتيجيات 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.