Egy óriási gömb belsejében a mérnökök a berendezéseik felett pásztáztak. Egy színes drótokkal átszőtt, ezüstös fémszerkezet állt előttük – egy doboz, amely reményeik szerint egy nap majd a Holdon fog oxigént előállítani.

Miután a csapat elhagyta a gömböt, megkezdődött a kísérlet. A dobozszerű gép most kis mennyiségű poros regolitot – por és éles szemcsék keverékét, amelynek kémiai összetétele a valódi holdi talajt utánozza – szívott magába.

Hamarosan ez a regolit gloop lett. Egy rétege 1650C feletti hőmérsékletre hevült. És néhány reaktáns hozzáadásával oxigéntartalmú molekulák kezdtek el buborékolni.

“Már mindent kipróbáltunk, amit csak lehetett a Földön” – mondja Brant White, a Sierra Space magáncég programvezetője. “A következő lépés az, hogy a Holdra megyünk.”

A Sierra Space kísérlete idén nyáron bontakozott ki a Nasa Johnson Űrközpontjában. Ez messze nem az egyetlen ilyen technológia, amelyen a kutatók dolgoznak, mivel olyan rendszereket fejlesztenek, amelyek egy jövőbeli holdi bázison élő űrhajósokat láthatnának el.

Ezeknek az űrhajósoknak oxigénre lesz szükségük a légzéshez, de ahhoz is, hogy rakétahajtóanyagot állítsanak elő az űrhajók számára, amelyek a Holdról indulva távolabbi célállomásokra – többek között a Marsra – tarthatnak.

A holdi bázisok lakóinak szintén szükségük lehet fémre, és ezt akár a holdfelszínt borító poros, szürke törmelékből is kitermelhetik.

Sok múlik azon, hogy tudunk-e olyan reaktorokat építeni, amelyek képesek az ilyen erőforrások hatékony kitermelésére.

“Ez dollármilliárdokat takaríthat meg a küldetés költségeiből” – mondja White úr, miközben elmagyarázza, hogy az alternatíva – rengeteg oxigént és tartalék fémet hozni a Holdra a Földről – fáradságos és drága lenne.

Szerencsére a holdi regolit tele van fémoxidokkal. De míg például az oxigén fémoxidokból való kinyerésének tudománya a Földön jól ismert, a Holdon ezt sokkal nehezebb megvalósítani. Nem utolsósorban a körülmények miatt.

A hatalmas gömb alakú kamra, amelyben idén júliusban és augusztusban a Sierra Space tesztjei zajlottak, vákuumot idézett elő, és a holdi hőmérsékletet és nyomást is szimulálta.

A vállalat szerint idővel javítani kellett a gép működésén, hogy jobban megbirkózzon magának a regolitnak a rendkívül szaggatott, koptató textúrájával. “Mindenhová eljut, mindenféle mechanizmust elhasznál” – mondja White úr.

És az egyetlen, döntő fontosságú dolog, amit nem lehet tesztelni a Földön vagy akár a bolygónk körüli pályán, az a holdi gravitáció – ami nagyjából a Föld gravitációjának egyhatoda. Lehet, hogy a Sierra Space csak 2028-ban vagy később tesztelheti rendszerét a Holdon, valódi regoliton, alacsony gravitációs körülmények között.

A Hold gravitációja valódi problémát jelenthet egyes oxigénkivonó technológiák számára, hacsak a mérnökök nem terveznek rá tekintettel – mondja Paul Burke, a Johns Hopkins Egyetem munkatársa.

Áprilisban ő és kollégái publikáltak egy tanulmányt amelyben részletesen bemutatták a számítógépes szimulációk eredményeit, amelyek megmutatták, hogy a Hold viszonylag gyenge gravitációs vonzása hogyan akadályozhat egy másik oxigénkivonási folyamatot. Az itt vizsgált folyamat az olvadt regolit elektrolízise volt, amely során az oxigéntartalmú holdi ásványokat elektromos árammal hasítják fel, hogy az oxigént közvetlenül nyerjék ki belőlük.

A probléma az, hogy ez a technológia úgy működik, hogy az elektródák felületén oxigénbuborékok képződnek mélyen magában az olvadt regolitban. “Ez olyan állagú, mint mondjuk a méz. Nagyon-nagyon viszkózus” – mondja Dr. Burke.

“Ezek a buborékok nem fognak olyan gyorsan emelkedni – és valójában késleltethetik az elektródákról való leválást.”

Lehet, hogy van megoldás erre. Az egyik lehet az oxigéngyártó gép eszközének rezgése, ami megmozgathatja a buborékokat.

Az extra sima elektródák pedig megkönnyíthetik az oxigénbuborékok leválását. Dr. Burke és kollégái most ilyen ötleteken dolgoznak.

A Sierra Space technológiája, a karbotermikus eljárás más. Az ő esetükben, amikor oxigéntartalmú buborékok képződnek a regolitban, azok szabadon, nem pedig egy elektróda felületén keletkeznek. Ez azt jelenti, hogy kisebb az esélye annak, hogy megrekednek, mondja White úr.

Hangsúlyozva az oxigén értékét a jövőbeli holdi expedíciók számára, Dr. Burke becslése szerint egy asztronautának naponta nagyjából két-három kilogramm regolitban található oxigénmennyiségre lenne szüksége, az adott asztronauta kondíciójától és aktivitási szintjétől függően.

A holdi bázis létfenntartó rendszerei azonban valószínűleg újrahasznosítanák az asztronauták által kilélegzett oxigént. Ha ez így lenne, akkor nem lenne szükség ennyi regolit feldolgozására ahhoz, hogy a holdi lakosok életben maradjanak.

Dr. Burke hozzáteszi, hogy az oxigénkivonó technológiák valódi felhasználási területe a rakétaüzemanyagok oxidálóanyagának biztosítása, ami lehetővé tenné az ambiciózus űrkutatást.

Nyilvánvaló, hogy minél több nyersanyagot lehet előállítani a Holdon, annál jobb.

A Sierra Space rendszere némi szén hozzáadását igényli, bár a cég szerint ennek nagy részét minden oxigéntermelő ciklus után újrahasznosítani tudja.

Palak Patel, a Massachusetts Institute of Technology PhD-hallgatója kollégáival együtt egy kísérleti olvadt regolit elektrolízis rendszerrela holdi talajból történő oxigén- és fémkivonásra.

“Tényleg abból a szempontból vizsgáljuk a dolgot, hogy ‘Próbáljuk meg minimalizálni az utánpótlási küldetések számát'” – mondja.

Patel asszony és kollégái rendszerük megtervezésekor a Dr. Burke által leírt problémával foglalkoztak: az alacsony gravitáció akadályozhatja az elektródákon képződő oxigénbuborékok leválását. Ennek kiküszöbölésére egy “szonikátort” használtak, amely hanghullámokkal fújja a buborékokat, hogy eltávolítsa őket.

Patel asszony szerint a Holdon a jövőben erőforrás-kitermelő gépek például vasat, titániumot vagy lítiumot nyerhetnének a regolitból. Ezek az anyagok segíthetnek a holdlakó űrhajósoknak 3D-nyomtatott pótalkatrészek előállításában a holdi bázisuk számára, vagy a sérült űrhajók pótalkatrészeinek gyártásában.

A holdi regolit hasznossága itt még nem ér véget. Patel asszony megjegyzi, hogy külön kísérletekben szimulált regolitot olvasztott kemény, sötét, üvegszerű anyaggá.

Ő és kollégái kidolgozták, hogyan lehet ebből az anyagból erős, üreges téglákat készíteni, amelyek hasznosak lehetnek a holdi építkezésekhez – mondta Pat Patel. egy impozáns fekete monolit, mondjuk. Miért is ne?