Nos próximos anos, a China e a Roscosmos planejam criar o Estação de Pesquisa Lunar Internacional PStation (ILRSP), uma base permanente na região polar sul da Lua. A construção da base começará com a entrega dos primeiros elementos de superfície até 2030 e deve durar até cerca de 2040. Esta base rivalizará com a da NASA Programa Artemisque incluirá a criação do Portal Lunar em órbita ao redor da Lua e os vários elementos de superfície que a compõem Acampamento Base de Artemis. Além do custo de construção dessas instalações, há muitos desafios consideráveis que precisam ser enfrentados primeiro.
As equipes que operam na superfície lunar por períodos prolongados precisarão de remessas regulares de suprimentos. Ao contrário do Estação Espacial Internacionalque pode ser reabastecido em questão de horas, enviar naves espaciais de reabastecimento para a Lua levará cerca de três dias. Como resultado, a NASA, a China e outras agências espaciais estão desenvolvendo métodos para coletar recursos diretamente do ambiente lunar – um processo conhecido como Utilização de recursos in situ (ISRU). Em um artigo recenteuma equipe de pesquisa da Academia Chinesa de Ciências (CAS) anunciou um novo método para produzir grandes quantidades de água por meio de uma reação entre regolito lunar e hidrogênio endógeno.
A pesquisa foi conduzida pelo Prof. Wang Junqiang e sua equipe no CAS Instituto de Tecnologia e Engenharia de Materiais de NingboLaboratório de Materiais e Dispositivos Magnéticos (NIMTE). Eles foram acompanhados por colegas do Centro de Ciência de Materiais e Engenharia Optoeletrônica do Universidade da Academia Chinesa de Ciências em Pequim. O artigo que descreve seu processo, “Produção massiva de água a partir da ilmenita lunar por meio da reação com hidrogênio endógeno”, apareceu recentemente no jornal chinês A Inovação.
Desde que as missões Apollo trouxeram amostras de rochas lunares e solo de volta à Terra para análise, os cientistas sabem que há água abundante na Lua. Essas descobertas foram confirmadas por várias missões robóticas subsequentes de retorno de amostras, incluindo a da China. Chang’e-5 missão. No entanto, grande parte dessa água consiste em hidroxila (OH) criada pela interação do vento solar (hidrogênio ionizado) e oxigênio elementar no regolito. Também há bastante água na forma de gelo que pode ser encontrada em regiões de sombra permanente (PSRs), como as crateras que cobrem a Bacia do Polo Sul-Aitken.
Infelizmente, o regolito lunar contém muito pouco hidroxila que pode ser convertido em água, variando de 0,0001% a 0,02%. Além disso, as manchas geladas encontradas em regiões com crateras são misturadas com regolito, formando camadas que se estendem abaixo da superfície. Como tal, a extração é um desafio, independentemente de onde a água esteja vindo. Depois de examinar as amostras retornadas pela missão Chang’e-5, a equipe liderada por Wang determinou que as maiores concentrações de água estavam contidas em ilmenita (FeTiO3), um mineral de óxido de titânio e ferro encontrado no regolito lunar.
De acordo com a equipe de pesquisa, isso se deve à “sua estrutura de rede única com túneis subnanométricos”. A equipe então conduziu uma série de experimentos de aquecimento in situ que revelaram como o hidrogênio em minerais lunares poderia ser usado para produzir água na Lua. De acordo com seu estudo, o processo consiste em aquecer o regolito lunar a temperaturas superiores a 1.200 K (~930° C; 1700° F) com espelhos côncavos. Isso levou à formação de cristais de ferro e bolhas de água no material, sendo estas últimas liberadas como vapor de água. O processo químico é expresso matematicamente como:
FeO/Fe2O3 + H –> Fe + H2O.
O vapor de água resultante é então recuperado a uma taxa de 51-76 mg de água para cada grama de solo lunar. Isso equivale a 50 litros (13,2 galões) de água para cada tonelada de regolito processado, o suficiente para sustentar 50 pessoas diariamente. Como a equipe observou em seu artigo, “
Este mesmo processo poderia ser usado para separar quimicamente o hidrogênio e o oxigênio gasoso do regolito, que poderia então ser transformado em propulsor – hidrogênio líquido (LH).2) e oxigênio líquido (LOX) – ou usado como combustível e para manter suprimentos de oxigênio respirável. “Nossas descobertas sugerem que o hidrogênio retido no (rególito lunar) é um recurso significativo para obter H2O na Lua, o que é útil para estabelecer estações de pesquisa científica na Lua”, eles concluem.
Outro benefício é que o processo é conduzido quase inteiramente pela luz solar focada, enquanto os painéis solares podem fornecer a energia adicional que conduz o processo de retenção. O único fator limitante é que esse processo só será possível durante um dia lunar na região polar sul (onde a China, a NASA e a ESA planejam construir suas bases). Isso significa que a instalação pode funcionar por duas semanas seguidas, seguidas por uma calmaria de duas semanas.
No entanto, isso pode ser mitigado ao estacionar instalações de processamento longe das regiões polares ou possivelmente criar uma rede de espelhos solares ou satélites que podem direcionar a luz para a região polar sul. Em qualquer caso, esse método apresenta um meio potencial de coleta de água na Lua que é rentável em comparação ao aquecimento de regolito em fornos industriais e pode ser pareado com extração e processamento de gelo para garantir que assentamentos futuros tenham bastante água.
Leitura adicional: NIMTE, A Inovação
