Lunar gruvarbetare var särskilt jublande den här veckan när forskare sa att de hade hittat övertygande bevis för vattenis på månytan. Det finns mycket mer is där än vi trodde, och nu vet vi exakt var det ligger. Detta kan i hög grad förenkla framtida vattenuttag.
Långt före denna upptäckt försökte forskare hitta något vatten som kan gömma sig på månytan. Det är en resurs som kommer att vara oerhört värdefull för framtida långsiktiga uppdrag till månen, eftersom vatten är viktigt för livet här på jorden. Den kan återvinnas i månens livsmiljö eller användas för att dricka eller bada. Med sin hjälp skulle det också vara möjligt att odla de växter som behövs för att mata framtida månboare.
Kanske är den största och mest omedelbara användningen av månvatten i raketbränsle. De viktigaste komponenterna i vatten - väte och syre - är två av de viktigaste materialen som används för att tillverka raketbränsle. Och om du gör raketbränsle från vatten på månen skulle det vara fantastiskt att spara pengar på ambitiösa uppdrag i rymden. För närvarande måste raketer som lämnar jorden ha med sig allt bränsle de behöver. Men med hjälp av månis kunde raketer tankas när de var i rymden och nå längre platser för mindre pengar.
Är vatten bättre än olja?
"Tanken är att skapa en slags leveranskedja utanför jorden för vissa produkter - särskilt för vatten som bränsle - för att göra det mycket lättare att flytta från en kropp till en annan i rymden", säger Julie Brisset. Research Fellow, Florida Space Institute.
Att leverera något i rymden är alltid dyrt. Om du vill att din satellit ska komma undan jordens allvar, behöver du mycket bränsle för att få den i omloppsbana. Faktum är att det mesta av vikten som en raket bär när den skjuts upp kommer från bränsle. Och ju djupare i rymden du går, desto mer bränsle behöver du. Mer energi behövs för att bryta sig loss från planetens allvar. Därför blir uppdrag till rymden dyrare och dyrare, eftersom en stor raket behövs och mycket bränsle behövs.
Men tänk om du istället för att ta bränsle på jorden skulle kunna fylla tanken med bränsle som redan finns i rymden? Då skulle uppdrag till rymden bli lika vardagliga som att resa från en stad till en annan. "Tänk dig att du var tvungen att lämna Denver och det fanns inga bensinstationer på vägen och du var tvungen att transportera bensin hela vägen till New York", säger George Sowers, professor vid Colorado School of Mines och tidigare vice president för United Launch. Allians.”Du får definitivt inte allt detta i bilen. Vi måste ta en trailer. " Det är därför tanken på månens utveckling är så spännande för sinnet. Vatten på månen kunde brytas, brytas upp till raketbränsle och transporteras till antingen omloppsbana eller lågbana. Raketer behöver inte vara stora för att ha med sig allt bränsle. De kunde bara docka med en bensinstation och tanka för långa resor.
Kampanjvideo:
Att transportera bränsle från månen till andra platser i rymden kommer att bli mycket billigare än att transportera det från jorden. På månen, en sjättedel av jordens tyngdkraft, vilket innebär att mindre energi behövs för att bryta sig loss från ytan. Sowers analyserade nyligen kostnaden för att transportera månbränsle till olika platser i rymden. Att leverera månvatten till en låg jordbana är till exempel billigare än att skicka det från jorden, även om vår planet är närmare. "Om du ska använda detta bränsle i en låg omloppsbana på jorden kommer besparingarna att vara 20-30 procent om du använder månbränsle istället för markbunden", säger Sowers.
Forskare har fantiserat om att omvandla månvatten till raketbränsle i årtionden, sedan bevis på månpolenas lämplighet för att utveckla is framkom. År 1994 visade en gemensam studie av NASA och den amerikanska militären som heter Clementine att det finns vatten i kratrar vid månpolen. Dessa platser ser aldrig solens ljus och når aldrig temperaturer över -250 grader Fahrenheit. Flera uppdrag till månen har sedan bekräftat att det kan finnas vatten i området. År 2009 släppte NASA LCROSS-rymdfarkosten i en krater vid månens sydpol för att se vilka material påverkan skulle mata ut. Det visade sig att utsläppet var 5% vatten.
En studie som publicerades denna vecka i PNAS visar dock att vissa delar av månen kan sänkas ner i vatten. Forskare från University of Hawaii och Brown University analyserade data som samlats in av den indiska apparaten "Chandranayan-1", som gick till månen 2008. Med hjälp av ett av hantverkets instrument kunde de kartlägga isområden på månen genom att mäta vattenets reflektionsförmåga. De skannade också dessa platser i infrarött ljus och bestämde att vattnet tog formen av is, inte vätska eller ånga. De bekräftade inte bara att vattenis finns på månens yta, utan att vissa områden på jorden är 20-30 procent is. Beroende på hur djupt isen går under ytan skulle det vara möjligt att kartlägga var komponenterna för drivmedlet skulle extraheras.
En bränsledepå i låg jordbana öppnar nya möjligheter för uppdrag i rymden. Man kan till exempel bygga en rymddragare - en raket som sitter i rymden och tankar om och om igen och tar satelliter till önskad destination. Nu spenderar satelliter, som lanseras i höga banor, från sex månader till ett år för att långsamt stiga högre med hjälp av inbyggda motorer. Under den här tiden kan de inte göra sitt jobb och inte ta med pengar. Men med en rymdbåt kunde satelliter sättas in i nedre banor med små raketer och sedan användas av rymdbåten för att få satelliterna i önskad bana på bara några dagar. Detta skulle spara satellitoperatörerna pengar: de skulle inte behöva skjuta upp en stor raket för att få sin last ut i rymden.och de skulle ha fått mer tid att arbeta med sin följeslagare.
Så ja, månvatten är coolt som bränsle, men det blir inte lätt att börja bryta det. Först måste du göra omfattande rekognosering. Tack vare PNAS-studien har forskare i huvudsak skapat en karta som visar var man kan leta efter de saftigaste områdena med is på månpolen. Nästa steg kommer att vara att skicka landaren och lunar rovers för att hitta de bästa platserna. Forskare vet ännu inte om isen är i form av slaps blandad med is eller i form av fasta block blandat med annat ytmaterial.”Vi vet hur man designar utvinningsutrustning. Vi vet bara inte vilken utrustning vi ska använda, säger Metzger.
En idé är att gräva upp månjorden med en grävmaskin som skickar material till en processor. Processorn separerar isen från jorden under uppvärmningsprocessen och bryter vattnet i grundläggande beståndsdelar med hjälp av el. En del av det resulterande bränslet används sedan för att skjuta resten av vattnet från månen i ett fordon till bensindepå.
Naturligtvis blir allt detta dyrt. "Det handlar allt om en kostnadsanalys", säger Metzger. "Är det billigare att skjuta raketbränsle från jorden, eller är det billigare att skjuta utrustning i rymden en gång och sedan behålla utrustningen och använda den för att kontinuerligt skapa raketbränsle i rymden?" Baserat på analys av Metzger, Brissé och Sowers drog de slutsatsen att det skulle ta tio år att investera i gruvdrift för att tjäna pengar. Men eftersom månbrytning är ett riskabelt företag kanske inte riskkapitalister vill delta aktivt i denna verksamhet.
Det är därför teamet föreslår att NASA bör samfinansiera tidig gruvutveckling. Således är det mer sannolikt att kommersiella investerare samarbetar med en ansedd byrå som kan bära en del av kostnaderna.
NASA kommer inte att tillhandahålla en tjänst till investerare: rymdorganisationen har föreslagit att upp till 100 ton bränsle kan behövas varje år för att driva rymdfarkoster som lämnar månytan från basen. Om allt detta lanseras från jorden kommer det att kräva cirka 3,5 miljarder dollar per år. Besparingar från skapandet av månbränsle kommer att göra uppdrag till månen och Mars billigare. "Uppdrag till Mars skulle vara billigare, och allt vi gör utanför jorden också", säger Sowers. Till exempel skulle man använda månbränsle för att tanka raketer minska kostnaderna för att flyga till månen från jorden med en faktor tre, sa Sowers. Detta är viktigt med tanke på att NASA håller på att genomföra ett mänskligt uppdrag till månen igen.
Ilya Khel
