کره‌ماه چقدر اکسیژن می‌تواند تامین کند؟

به گزارش حلقه وصل، در کنار پیشرفت‌ها در اکتشاف فضایی، اخیراً شاهد سرمایه‌گذاری مالی و زمانی زیادی برای فناوری‌هایی بوده‌ایم که می‌توانند امکان استفاده مؤثر از منابع فضایی را فراهم کنند. در خط مقدم این تلاش ها، تمرکز بر یافتن بهترین راه تولید اکسیژن در ماه بوده است.در ماه اکتبر، آژانس فضایی استرالیا و ناسا قراردادی برای ارسال یک مریخ نورد ساخت استرالیا به ماه تحت برنامه آرتمیس، امضا کردند؛ با هدف جمع‌آوری سنگ‌هایی که می‌توانند اکسیژن قابل تنفس را در ماه فراهم کنند.

اگرچه ماه دارای جو است، اما بسیار نازک است و بیشتر از هیدروژن، نئون و آرگون تشکیل شده است. این نوع مخلوط، گازی نیست که بتواند پستانداران وابسته به اکسیژن مانند انسان را زنده نگه دارد.

گفته می‌شود، در واقع اکسیژن زیادی در ماه وجود دارد، با این تفاوت که این اکسیژن به شکل گاز نیست بلکه در داخل بافت‌های سنگی ماه به دام افتاده است؛ یعنی لایه‌ای از سنگ و غبار ریز که سطح ماه را می‌پوشاند. اگر بتوانیم اکسیژن را از این لایه سنگی استخراج کنیم، آیا برای پشتیبانی از زندگی انسان در ماه کافی خواهد بود؟

وسعت اکسیژن

اکسیژن را می‌توان در بسیاری از مواد معدنی موجود در زمین اطراف ما یافت. ماه بیشتر از همان سنگ‌هایی ساخته شده است که در زمین یافت می‌شود.

مواد معدنی مانند سیلیس، آلومینیوم و اکسیدهای آهن و منیزیم بر روی سطح ماه به وفور یافت می‌شوند. همه این مواد معدنی حاوی اکسیژن هستند، اما نه به شکلی که ریه‌های ما به آن عادت داشته باشد.این مواد معدنی در ماه به اشکال مختلف از جمله سنگ سخت، گرد و غبار، شن و سنگ‌هایی که سطح را می‌پوشانند وجود دارند. این ماده از برخورد شهاب‌سنگ‌ها به سطح ماه در طول هزاره‌های بی‌شماری حاصل شده است.

برخی از مردم لایه سطحی ماه را «خاک قمری» می‌نامند. خاک همانطور که می‌دانیم چیز بسیار جادویی است که فقط روی زمین وجود دارد و توسط مجموعه وسیعی از ارگانیسم‌ها ایجاد شده است که در طول میلیون‌ها سال بر روی ماده اصلی خاک (سنگ‌لیت، مشتق شده از سنگ سخت) به وجود آمده است.

نتیجه ماتریسی از مواد معدنی است که در سنگ‌های اولیه وجود نداشتند. خاک زمین با ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی قابل توجهی آغشته است. در همین حال، مواد روی سطح ماه اساساً سنگی و به شکل اصلی و دست نخورده خود هستند.

نحوه استخراج اکسیژن از سنگ

لایه سنگی ماه تقریباً از ۴۵ درصد اکسیژن تشکیل شده است. اما این اکسیژن به مواد معدنی ذکر شده در بالا به شدت متصل است. برای از هم پاشیدن این پیوندهای قوی، باید انرژی مصرف کنیم.

اگر در مورد الکترولیز بدانید، ممکن است با این موضوع آشنا باشید. روی زمین این فرآیند معمولاً در تولید، مانند تولید آلومینیوم استفاده می‌شود. جریان الکتریکی از طریق یک شکل مایع از اکسید آلومینیوم (که معمولاً آلومینا نامیده می‌شود) از طریق الکترودها عبور داده می‌شود تا آلومینیوم از اکسیژن جدا شود.

در این حالت، اکسیژن به عنوان یک محصول جانبی تولید می‌شود. در ماه، اکسیژن محصول اصلی و آلومینیوم (یا فلز دیگر) استخراج شده یک محصول جانبی بالقوه مفید خواهد بود.

این یک فرآیند کاملاً ساده است، اما یک نکته وجود دارد: این کار انرژی بسیار زیادی نیاز دارد. برای پایدار بودن، باید از انرژی خورشیدی یا دیگر منابع انرژی موجود در ماه استفاده کرد.

استخراج اکسیژن از لایه سنگی نیز به تجهیزات صنعتی قابل توجهی نیاز دارد. ابتدا باید اکسید فلز جامد را با اعمال گرما یا گرمای ترکیب شده با حَلّال‌ها یا الکترولیت‌ها به شکل مایع تبدیل کنیم، ما فناوری انجام این کار را در زمین داریم، اما انتقال این دستگاه به ماه و تولید انرژی کافی برای راه اندازی آن در آنجا، یک چالش بزرگ خواهد بود.

اوایل سال جاری، استارت‌آپ Space Applications Services مستقر در بلژیک اعلام کرد که در حال ساخت سه راکتور آزمایشی برای بهبود فرآیند تولید اکسیژن از طریق الکترولیز است. آن‌ها انتظار دارند تا سال ۲۰۲۵ این فناوری را به عنوان بخشی از مأموریت استفاده از منابع درجا (ISRU) آژانس فضایی اروپا به ماه بفرستند.

ماه چقدر اکسیژن می‌تواند تامین کند؟

گفته می‌شود، وقتی ما موفق به انجام این کار شویم، ماه واقعاً چقدر اکسیژن می‌تواند به ما بدهد؟ همانطور که معلوم است بسیار زیاد.

اگر اکسیژن موجود در مواد سنگ سخت عمیق‌تر ماه را نادیده بگیریم - و فقط لایه سنگی را که به راحتی در سطح قابل دسترسی است در نظر بگیریم، می‌توانیم به تخمین‌هایی دست پیدا کنیم.هر متر مکعب خاک قمری (لایه سنگی) به طور متوسط ​​حاوی ۱.۴ تن مواد معدنی از جمله حدود ۶۳۰ کیلوگرم اکسیژن است. ناسا می‌گوید انسان برای زنده ماندن نیاز به استنشاق حدود ۸۰۰ گرم اکسیژن در روز دارد؛ بنابراین ۶۳۰ کیلوگرم اکسیژن یک فرد را برای حدود دو سال (یا کمی بیشتر) زنده نگه می‌دارد.

حال بیایید فرض کنیم عمق متوسط ​​لایه سنگی در ماه حدود ده متر است و می‌توانیم تمام اکسیژن را از آن استخراج کنیم. این بدان معناست که ده متر بالای سطح ماه اکسیژن کافی برای پشتیبانی از تمام هشت میلیارد انسان روی زمین را برای حدود ۱۰۰ هزار سال فراهم می‌کند.

این همچنین به این بستگی دارد که چگونه به طور مؤثری اکسیژن را استخراج کرده و از آن استفاده کنیم. صرف نظر از این، این رقم بسیار شگفت انگیز است!