Het technische hart van ESA is begonnen zuurstof te produceren uit gesimuleerd maanstof.

Een prototype zuurstoffabriek is opgezet in het Materials and Electrical Components Laboratory van het European Space Research and Technology Centre, ESTEC, gevestigd in Noordwijk in Nederland.

"Met onze eigen faciliteit kunnen we ons concentreren op de zuurstofproductie, het meten met een massaspectrometer zoals het wordt gewonnen uit de regolietsimulant, " zegt Beth Lomax van de Universiteit van Glasgow, wiens Ph.D. werk wordt ondersteund door ESA's Networking and Partnering Initiative, het benutten van geavanceerd academisch onderzoek voor ruimtetoepassingen.

"In staat zijn om zuurstof te verkrijgen uit bronnen die op de maan worden gevonden, zou natuurlijk enorm nuttig zijn voor toekomstige maankolonisten, zowel voor de ademhaling als voor de lokale productie van raketbrandstof."

ESA-onderzoeker Alexandre Meurisse voegt toe:"En nu we de faciliteit in gebruik hebben, kunnen we kijken naar de finetuning ervan. bijvoorbeeld door de bedrijfstemperatuur te verlagen, uiteindelijk een versie van dit systeem ontwerpen die op een dag naar de maan zou kunnen vliegen om daar te worden bediend."

Monsters die van het maanoppervlak zijn teruggestuurd, bevestigen dat maanregoliet voor 40-45% per gewicht uit zuurstof bestaat. het meest voorkomende element. Maar deze zuurstof is chemisch gebonden als oxiden in de vorm van mineralen of glas, dus niet direct beschikbaar voor gebruik.

De zuurstofextractie van ESTEC vindt plaats met behulp van een methode genaamd elektrolyse van gesmolten zout, waarbij regoliet in een metalen mand met gesmolten calciumchloridezout wordt geplaatst om als elektrolyt te dienen, verwarmd tot 950°C. Bij deze temperatuur blijft de regoliet stevig.

Maar door er een stroom doorheen te laten lopen, wordt de zuurstof uit de regoliet gehaald en migreert over het zout dat aan een anode wordt verzameld. Als bonus zet dit proces de regoliet ook om in bruikbare metaallegeringen.

In feite is deze elektrolysemethode met gesmolten zout ontwikkeld door het Britse bedrijf Metalysis voor de commerciële productie van metalen en legeringen. Beth's Ph.D. betrokken bij het bedrijf om het proces te bestuderen alvorens het opnieuw te creëren bij ESTEC.

"Bij Metalyse, zuurstof geproduceerd door het proces is een ongewenst bijproduct en komt in plaats daarvan vrij als kooldioxide en koolmonoxide, wat betekent dat de reactoren niet zijn ontworpen om zuurstofgas zelf te weerstaan, " legt Beth uit. "Dus moesten we de ESTEC-versie opnieuw ontwerpen om de zuurstof beschikbaar te hebben om te meten. Het laboratoriumteam was erg behulpzaam om het veilig te installeren en te laten werken."

De zuurstoffabriek draait geruisloos, met de zuurstof die tijdens het proces wordt geproduceerd, wordt voorlopig in een uitlaatpijp afgevoerd, maar wordt opgeslagen na toekomstige upgrades van het systeem.

"Het productieproces laat een wirwar van verschillende metalen achter, " voegt Alexandre toe, "en dit is een andere nuttige onderzoekslijn, om te zien wat de meest bruikbare legeringen zijn die daaruit kunnen worden geproduceerd, en voor wat voor soort toepassingen ze kunnen worden gebruikt.

"Kunnen ze direct in 3D worden geprint, bijvoorbeeld, of zouden ze moeten worden verfijnd? De precieze combinatie van metalen zal afhangen van waar op de maan de regoliet is verkregen - er zouden aanzienlijke regionale verschillen zijn."

Het uiteindelijke doel zou zijn om een ​​"proeffabriek" te ontwerpen die duurzaam op de maan zou kunnen werken, met de eerste technologiedemonstratie die gepland is voor het midden van de jaren 2020.

"ESA en NASA gaan terug naar de maan met bemande missies, dit keer met het oog op blijven, " zegt Tommaso Ghidini, hoofd van ESA's Structures, Afdeling Mechanismen en Materialen.

"Daarom verschuiven we onze technische benadering naar een systematisch gebruik van maanbronnen in-situ. We werken samen met onze collega's van het Directoraat voor exploratie van mens en robot, Europese industrie en academische wereld om wetenschappelijke benaderingen van topklasse en sleuteltechnologieën zoals deze te bieden, naar een duurzame menselijke aanwezigheid op de maan en misschien ooit op Mars."