Wykorzystanie zasobów Księżyca. Nowy materiał może pomóc w topieniu skał
Materiał niedawno odkryty i przetestowany w Centrum Badawczym im. Glenna NASA w Cleveland może pomóc astronautom w zmniejszeniu ciężaru bagażu podczas przyszłych misji na Księżyc.
NASA bada sposoby, dzięki którym odkrywcy mogliby „żywić się z tego, co daje ziemia”, wykorzystując zasoby księżycowe, w tym topienie skał księżycowych w celu pozyskania metali do budowy infrastruktury oraz tlenu do produkcji paliwa i systemów podtrzymywania życia.
W ramach stypendium dla absolwentów w ramach programu Space Technology Graduate Research Opportunities dr Kevin Yu, który obecnie pracuje jako technolog w Laboratorium Napędów Odrzutowych NASA w południowej Kalifornii, połączył siły z dr Jamesem Stokesem, inżynierem ds. badań materiałowych w NASA Glenn, aby zbadać, w jaki sposób różne substancje oddziałują ze skroplonym pyłem księżycowym.
– Można to nazwać lawą, ponieważ w zasadzie są to pokruszone, a następnie stopione skały. Jest ona bardzo żrąca i bardzo szybko przeżera wiele powszechnie stosowanych materiałów ogniotrwałych, czyli odpornych na wysoką temperaturę – powiedział dr Kevin Yu Technolog w Laboratorium Napędów Odrzutowych NASA
Po około sześciu miesiącach badań Stokes i Yu zdali sobie sprawę, że natrafili na coś obiecującego i zupełnie nowego. Po połączeniu symulowanego pyłu księżycowego ze związkiem zwanym tlenkiem skandu oraz poddaniu mieszaniny obróbce cieplnej w rozżarzonym piecu odkryli, że powstał nieznany materiał. Naukowcy wielokrotnie sprawdzali wyniki swoich badań, ale materiał ten nie pasował do żadnej z ponad miliona substancji znajdujących się w ich bazie danych analiz rentgenowskich.
Zespół musiał zacząć od zera, określając skład chemiczny substancji
Ponieważ materiał ten nie był dotąd przedmiotem żadnych badań, zespół zaczął od zera, określając skład chemiczny substancji. Aby uzyskać niewielkie, izolowane próbki i kontynuować badania nad jej reakcją ze stopionym pyłem księżycowym, wykorzystali w laboratorium specjalny sprzęt do mielenia i mieszania, rozdrabniając około ośmiu podstawowych składników tlenkowych w alkoholu etylowym, a następnie poddając mieszaninę obróbce termicznej w piecu w temperaturze ponad 2900 stopni Fahrenheita.
– To naprawdę bardzo fajnie wyglądający proszek, ma różowy kolor, prawie jak mleko truskawkowe. Ma wbudowany wskaźnik koloru, więc kiedy skończysz z nim pracować, zmienia kolor na jasnobeżowy lub brązowy i dzięki temu wiesz, że reakcja przebiegła tak, jak chciałeś – powiedział Yu.
Po przeanalizowaniu wyników zespół odkrył, że nowa substancja nie ulega zbyt szybkiej korozji pod wpływem stopionego księżycowego pyłu i jest w stanie wytrzymać wysokie temperatury niezbędne do jego stopienia – nawet sześciokrotnie wyższe niż temperatura w domowym piekarniku. Chociaż jest ona wytwarzana z tlenku skandu, który może być kosztowny, to jednak kosztuje znacznie mniej niż metale szlachetne, takie jak platyna, które zazwyczaj stosuje się w tego typu procesach wysokotemperaturowych.
Wnioski naukowców mogą wpłynąć na projekty NASA dotyczące przyszłej technologii wydobywania surowców ze skał księżycowych, a nowy materiał mógłby posłużyć do produkcji rur lub zbiorników przechowujących stopiony pył w ramach tej potencjalnej technologii.
Właściwości nowego materiału mogą również okazać się idealne do produkcji powłok chroniących części wewnątrz silników odrzutowych, w których temperatury mogą osiągać podobnie wysokie wartości. Naukowcy odkryli, że jest on lżejszy, ma mniejszą gęstość i lepiej izoluje ciepło niż obecnie stosowane najnowocześniejsze materiały powłokowe.
Chociaż Yu i Stokes zakończyli już wstępne badania, mają nadzieję, że w przyszłości uda im się udoskonalić ten materiał, aby go oczyścić i sprawić, by jego produkcja była jeszcze tańsza. Badania nad materiałami będą miały kluczowe znaczenie dla eksploracji trudnych warunków panujących na Księżycu i w przestrzeni kosmicznej.
Źródło: NASA
Czytaj też: ESA wybiera nowe satelity. Europa chce lepiej badać klimat i bioróżnorodność
Grafika tytułowa: Ganapathy Kumar / Unsplash
