S tím, jak se NASA připravuje na výpravy astronautů k Měsíci v rámci misí Artemis, je potřeba stále větší pozornost věnovat jednomu z hlavních cílů celého programu – založení dlouhodobé lidské přítomnosti na povrchu Měsíce. Zdroje, jako je kyslík, budou v takovém případě tvořit základní kámen snažení, které z této vize učiní realitu. Jistě každého napadne využití kyslíku k dýchání astronautů, ale kromě toho může tento prvek posloužit i jako součást pohonných systémů dopravních prostředků. Zkrátka a dobře, s jeho pomocí budou moci budoucí průzkumníci na Měsíci zůstat déle a vydat se dál.

V rámci nedávné zkoušky se vědcům z Johnsonova střediska v Houstonu úspěšně podařilo extrahovat kyslík ze simulovaného lunárního regolitu. Originální regolit je jemnozrnný materiál, který pokrývá povrch Měsíce. Podobných pokusů už v historii proběhlo více, ovšem v tomto případě se to poprvé podařilo v prostředí vakua, což otevírá cestu k tomu, aby budoucí astronauti mohli extrahovat a využívat zdroje v lunárním prostředí, což se označuje zkratkou ISRU – využívání místních zdrojů. Tým expertů zapojených do projektu CaRD (Carbothermal Reduction Demonstration) provedl zkoušku za podmínek podobných těm, které se dají najít na Měsíci. Použili k tomu speciální kulatou komoru Dirty Thermal Vacuum Chamber o průměru 4,6 m. Pokud umíte anglicky, možná Vás v názvu komory zaujalo slovo dirty, tedy špinavá. Má to svůj důvod – v této komoře totiž mohou být testovány i vzorky, které nejsou laboratorně čisté.

Schéma experimentu CaRD (Carbothermal Reduction Demonstration)
Zdroj: https://ntrs.nasa.gov/

Tým v rámci zkoušky použil 2 kW Nd-YAG laser, který simuloval teplo z koncentrátoru sluneční energie. Tím se podařilo v karbotermálním reaktoru, který pro NASA vyrobila Sierra Space Corp. z coloradského Broomfieldu, roztavit simulátor lunárního regolitu. Právě karbotermální reaktor je místem, kde probíhá proces zahřívání a extrakce kyslíku. Využívá se zde karbotermální redukce, což je proces, který se již desítky let využívá na Zemi k výrobě produktů jako jsou fotovoltaické panely nebo ocel za použití oxidu uhličitého či uhelnatého za vysokých teplot. Lunární regolit je z přibližně 45 hmotnostních procent tvořen kyslíkem, přičemž nejčastěji je vázán v křemičitanech.

Jakmile byl materiál dostatečně zahřátý, byl tým schopen detekovat oxid uhelnatý, který se dá následně převést na kyslík. Detekce oxidu uhelnatého proběhla jak metodou plynové chromatografie, tak i metodou hmotnostní spektrometrie, s čímž pomohl spektrometr MSolo (Mass Spectrometer Observing Lunar Operations). Podobný přístroj poletí k Měsíci hned na dvou chystaných průzkumných misích – Polar Resources Ice Mining Experiment-1 (PRIME-1) v roce 2023 pomůže vědcům pátrat po vodě a rover Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) v roce 2024 prozkoumá Mons Mouton, velkou horu s plochým vrcholem, aby bylo možné získat bližší údaje o prostorovém rozložení a koncentraci vodního ledu a dalších potenciálních zdrojů.

Experti zapojení do projektu CaRD (Carbothermal Reduction Demonstration) před testovací komorou.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

„Tato technologie má potenciál vyprodukovat několikanásobek své hmotnosti kyslíku za rok na povrchu Měsíce, což umožní udržitelnou lidskou přítomnost a základ lunární ekonomiky,“ uvedl Aaron Paz, inženýr z NASA a projektový manažer CaRD z Johnsonova střediska. Aby se tyto procesy výroby kyslíku mohly uplatnit na Měsíci, musí karbotermální reaktor odolat vnitřnímu tlaku a zabránit plynům uniknout do okolí. Zároveň však musí umožnit přidávání surovin do reakční zóny a naopak odstraňování již nepotřebného materiálu. Provoz reaktoru v prostředí vakua v rámci zkoušky CaRD simuloval podmínky na povrchu Měsíce. Tím došlo ke zvýšení úrovně technologické připravenosti (TRL – technical readiness level) na šestou úroveň. To znamená, že technologie má plně funkční prototyp, případně reprezentativní model a je připravena k testům v kosmickém prostředí.

„Náš tým potvrdil, že reaktor CaRD by přežil na povrchu Měsíce a že úspěšně vyrobil kyslík,“ uvedla Anastasia Ford, inženýrka NASA a ředitelka testu CaRD z Johnsonova střediska  a dodává: „Jde o velký pokrok ve vývoji architektury k vybudování udržitelné obydlené základny na jiných planetách.“ Program pro vývoj přelomových technologií GCD (Game Changing Development) v rámci ředitelství vědecko-technologických misí financoval tento test, jelikož schopnost extrakce kyslíku z lunárního regolitu byla identifikována jako mezera v kriticky důležité technologii.

Zdroje informací:
https://www.nasa.gov/
https://ntrs.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/artemis_feature_pic1.jpg
https://ntrs.nasa.gov/…/downloads/LSIC%20Spring%20Meeting%20Poster%20-%20CaRD.pptx
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/artemis_-_picture2.png