décembre 4, 2021

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Il y a assez d’oxygène dans le régolithe lunaire pour soutenir des milliards de personnes sur la lune

En ce qui concerne l’avenir de l’exploration spatiale, bon nombre de pratiques sont essentielles aux planificateurs de mission. Le plus important est le concept Utilisation des ressources du site (ISRU), fournissant de la nourriture, de l’eau, des matériaux de construction et d’autres articles vitaux en utilisant les ressources locales. Et lorsqu’il s’agit de missions sur la Lune et sur Mars dans les années à venir, la capacité de récolter de la glace, du régolithe et d’autres objets est essentielle au succès de la mission.

prêt pour Missions Artémis, les planificateurs de la NASA se concentrent sur la recherche du moyen optimal de produire de l’oxygène gazeux (O2) de tout l’oxygène élémentaire piégé dans la poussière de la surface lunaire (également connue sous le nom de régolithe lunaire). fait, Estimations actuelles Indique qu’il y a suffisamment d’oxygène élémentaire dans les 10 mètres (33 pieds) du régolithe lunaire pour former suffisamment d’O2 Pour chaque personne sur Terre pour les 100 000 prochaines années – plus qu’assez pour installer la lune !

Alors que l’atmosphère de la Lune est extrêmement fine et contient l’élément oxygène, elle est si fine que les scientifiques décrivent la Lune comme un « corps sans air ». Mais dans le régolithe lunaire, la fine poudre et la roche recouvrant la surface, des quantités abondantes d’oxygène se trouvent dans les roches lunaires et le régolithe. Aussi connue sous le nom de « Moondust », cette fine poussière imprègne la surface de la Lune et est le résultat de milliards d’années d’impacts de météorites et de comètes.

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selon John Grant, maître de conférences en sciences du sol à la Southern Cross University, en Australie, le régolithe lunaire contient 45 % d’oxygène par contenu. Cependant, cet oxygène est lié à des minéraux oxydants – en particulier la silice, l’aluminium, le fer et le magnésium. La composition égale de ces minéraux correspond à peu près à celle des minéraux trouvés sur Terre, ce qui a conduit à des théories selon lesquelles le système Terre-Lune s’est formé ensemble il y a des milliards d’années (aka. L’hypothèse de l’impact géant).

Cependant, pour que cet oxygène devienne utilisable par les futurs astronautes et résidents lunaires, il doit être extrait de tout ce régolithe, ce qui nécessite beaucoup d’énergie pour rompre les liaisons chimiques. Sur Terre, ce processus (appelé électrolyse) est le plus souvent utilisé pour fabriquer des métaux, dans lequel les oxydes dissous subissent un courant électrique pour séparer les métaux de l’oxygène.

Dans ce cas, l’oxygène gazeux est produit comme sous-produit afin que les métaux puissent être produits pour la construction et la fabrication. Mais sur la Lune, l’oxygène serait le produit principal tandis que les minéraux seraient mis de côté comme sous-produit utile, le plus susceptible de construire des habitats. Comme l’explique Grant dans un article récent dans Préservation, le procédé est simple mais souffre de deux inconvénients majeurs lorsqu’il est adapté à l’espace :

« [I]Il a très faim d’énergie. Pour être durable, il doit être soutenu par l’énergie solaire ou d’autres sources d’énergie disponibles sur la Lune. L’extraction de l’oxygène du régolithe nécessite également de gros équipements industriels. Nous devrons d’abord convertir l’oxyde métallique solide en une forme liquide, soit en appliquant de la chaleur, soit en mélangeant de la chaleur avec des solvants ou des électrolytes. Nous avons la technologie pour le faire sur Terre, mais amener cet appareil sur la Lune – et générer suffisamment d’énergie pour l’alimenter – sera un énorme défi.

La base lunaire de l’Agence spatiale européenne montre son emplacement dans le cratère Shackleton. Crédit : SOM/ESA

En bref, le processus doit être plus économe en énergie pour être considéré comme durable, ce qui peut être réalisé grâce à l’énergie solaire. Autour du bassin Antarctique-Aitken, des panneaux solaires peuvent être positionnés autour du bord de cratères ombragés en permanence pour fournir un flux d’énergie continu. Mais obtenir des équipements industriels là-bas sera toujours un énorme défi.

Mais lorsque nous avons construit l’infrastructure, la question de la quantité d’oxygène que nous pouvions extraire restait posée. Comme le fait remarquer Grant, si l’on ne considère que le régolithe facilement accessible en surface et que l’on prend en compte les données fournies par Nasa et le Institut planétaire lunaire (LPI), quelques estimations sont possibles :

Chaque mètre cube de régolithe lunaire contient en moyenne 1,4 tonne de minéraux, dont environ 630 kilogrammes d’oxygène. Selon la NASA, les humains ont besoin de respirer environ 800 grammes d’oxygène par jour pour survivre. Ainsi, 630 kg d’oxygène maintiendront une personne en vie pendant environ deux ans (ou un peu plus).

Supposons maintenant que la profondeur moyenne du régolithe sur la Lune soit d’environ dix mètres, et que nous puissions en extraire tout l’oxygène. Cela signifie que dix mètres de la surface de la Lune fourniront suffisamment d’oxygène pour faire vivre huit milliards de personnes sur Terre pendant environ 100 000 ans. »

Illustration des astronautes d’Artémis sur la lune. Crédits : NASA

À bien des égards, estimer comment un corps astronomique présentera des opportunités pour l’ISRU, c’est comme prospecter des minéraux. Par exemple, la NASA a récemment annoncé L’astéroïde métallique Psyche II pourrait contenir jusqu’à 10 000 quadrillions de dollars de métaux précieux et de minerais. En 2022, un esprit La sonde rencontrera cet astéroïde, qui pourrait être le principal vestige d’une planète qui a perdu ses couches externes, pour l’étudier de plus près.

Bien sûr, certains ne sont pas d’accord avec cette évaluation, notant que le Pysche II composition et densité Pas bien contraint. Pour d’autres, les estimations de ce type ignorent le coût énorme de l’extraction de cette richesse, qui nécessite la construction préalable d’infrastructures importantes. Même alors, tirer ce type de masse de la ceinture d’astéroïdes vers la Terre présente de nombreux problèmes logistiques.

Il en va de même pour l’exploitation minière d’astéroïdes, une entreprise rentable qui pourrait conduire à l’exploitation minière de milliers de milliards d’astéroïdes géocroiseurs (AEN) dans un proche avenir. Cependant, cela dépend également de la création d’une infrastructure minière spatiale robuste qui est encore largement au stade de la conception. Heureusement, lorsqu’il s’agit de créer une infrastructure liée à l’ISRU sur la Lune, les routes et les routes proposées existent depuis les années 1960.

Dans les années à venir, plusieurs missions seront envoyées sur la Lune pour approfondir ces possibilités, dont deux Grant citées dans son article. début octobre, La NASA a signé un accord avec le agence spatiale australienne Développer un petit vaisseau spatial qui pourrait être envoyé sur la Lune dès 2026. Le but de ce vaisseau spatial est de collecter des échantillons de régolithe lunaire et de les transférer vers le système ISRU de la NASA sur un atterrisseur lunaire commercial.

Illustration d’un artiste d’une nouvelle combinaison spatiale conçue par la NASA pour les astronautes d’Artemis. Cela s’appelle xEMU, ou unité de mobilité extravéhiculaire expéditionnaire. crédit : NASA

Aussi, la start-up en Belgique systèmes d’application spatiale L’été dernier, SAS a annoncé la construction de trois réacteurs expérimentaux sur la Lune. Ils étaient l’un des quatre finalistes retenus par l’Agence spatiale européenne (ESA) pour développer un démonstrateur de technologie sous pression capable de récolter de l’oxygène pour fabriquer des propulseurs pour les engins spatiaux, de l’air pour les astronautes et des matières premières métalliques pour les équipements.

La société espère envoyer la technologie sur la lune dans le cadre d’un projet de l’Agence spatiale européenne Démonstration ISRU La mission, qui est actuellement prévue pour aller sur la Lune d’ici 2025. Ces technologies et d’autres sont poursuivies pour assurer le retour tant attendu de l’humanité sur la Lune.

Lecture approfondie : ConversationEt Nasa