We leven in een wereld waarin belangrijke beslissingen door mensen worden genomen, vaak zonder nadenken. Maar sommige dingen zijn voorspelbaar, waaronder dat als je voortdurend een eindige hulpbron verbruikt zonder te recyclen, deze uiteindelijk op zal raken.

Maar als we onze zinnen erop zetten om terug naar de maan te gaan, zullen we al onze slechte gewoonten met ons meebrengen, inclusief onze drang naar ongebreidelde consumptie.

Sinds de ontdekking van waterijs op de maan in 1994 door het ruimtevaartuig Clementine, heerst er opwinding over het vooruitzicht van een terugkeer naar de maan. Dit volgde op twee decennia van het slop na het einde van Apollo, een malaise die symptomatisch was voor een onderliggend gebrek aan stimulans om terug te keren.

Dat water veranderde alles. De waterijsafzettingen bevinden zich aan de polen van de maan, verborgen in de diepten van kraters die voor altijd verstoken zijn van zonlicht.

Sindsdien hebben we, niet in de laatste plaats dankzij het internationale ruimtestation ISS, geavanceerde technieken ontwikkeld waarmee we water en zuurstof zeer efficiënt kunnen recyclen. Dit maakt de waarde van het leveren van lokaal water voor menselijke consumptie zwakker, maar als de menselijke populatie op de maan groeit, zal de vraag ook toenemen. Dus, wat te doen met het water op de maan?

Er zijn twee veelvoorkomende antwoorden:energieopslag met brandstofcellen en brandstof en oxidatiemiddel voor voortstuwing. De eerste kan gemakkelijk achterwege worden gelaten:brandstofcellen recyclen hun waterstof en zuurstof door middel van elektrolyse wanneer ze worden opgeladen, met zeer weinig lekkage.

Energie en brandstof

De tweede - momenteel de belangrijkste bestaansreden voor mijnwater op de maan - is complexer maar niet dwingender. Het is vermeldenswaard dat SpaceX een mengsel van methaan en zuurstof in zijn raketten gebruikt, zodat ze het waterstofdrijfgas niet nodig zouden hebben.

Dus wat wordt voorgesteld is om een ​​kostbare en eindige hulpbron te ontginnen en te verbranden, net zoals we hebben gedaan met aardolie en aardgas op aarde. De technologie voor het delven en gebruiken van hulpbronnen in de ruimte heeft een technische naam:in-situ gebruik van hulpbronnen.

En hoewel zuurstof op de maan niet schaars is (ongeveer 40 procent van de mineralen van de maan bestaat uit zuurstof), is waterstof dat zeker.

Water halen uit de maan

Waterstof is zeer nuttig als reductiemiddel en als brandstof. De maan is een enorme opslagplaats van zuurstof in zijn mineralen, maar het vereist waterstof of een ander reductiemiddel om te worden vrijgemaakt.

Ilmeniet is bijvoorbeeld een oxide van ijzer en titanium en is een veel voorkomend mineraal op de maan. Door het met waterstof tot ongeveer 1000 C te verwarmen, wordt het gereduceerd tot water, ijzermetaal (waarvan een op ijzer gebaseerde technologie kan worden gebruikt) en titaniumoxide. Het water kan worden geëlektrolyseerd tot waterstof - dat wordt gerecycled - en zuurstof; de laatste effectief bevrijd van het ilmeniet. Door waterstof gewonnen uit water te verbranden, brengen we de vooruitzichten voor toekomstige generaties in gevaar:dat is de crux van duurzaamheid.

Maar er zijn andere, meer pragmatische problemen die naar voren komen. Hoe krijgen we toegang tot deze waterijsbronnen begraven nabij het maanoppervlak? Ze bevinden zich in een terrein dat in elke zin van het woord vijandig is, in diepe kraters verborgen voor zonlicht - er is geen zonne-energie beschikbaar - bij temperaturen van rond de 40 Kelvin of -233 C. Bij dergelijke cryogene temperaturen hebben we geen ervaring met het uitvoeren van uitgebreide mijnbouwactiviteiten.

Pieken van eeuwig licht zijn bergtoppen in het gebied van de zuidpool die worden blootgesteld aan bijna constant zonlicht. Een voorstel van NASA's Jet Propulsion Lab voorziet in het stralen van zonlicht van gigantische reflectoren die zich op deze toppen in kraters bevinden.

Deze gigantische spiegels moeten vanaf de aarde worden getransporteerd, op deze toppen worden geland en op afstand worden geïnstalleerd en bestuurd om de diepe kraters te verlichten. Vervolgens kunnen robotachtige mijnbouwvoertuigen zich wagen in de nu verlichte diepe kraters om het waterijs te recupereren met behulp van de gereflecteerde zonne-energie.

Waterijs kan worden gesublimeerd tot damp voor herstel door directe thermische of microgolfverwarming - vanwege de hoge warmtecapaciteit zal dit veel energie verbruiken, die door de spiegels moet worden geleverd. Als alternatief kan het fysiek worden uitgegraven en vervolgens worden gesmolten bij nauwelijks meer bescheiden temperaturen.

Het water gebruiken

Nadat het water is teruggewonnen, moet het worden geëlektrolyseerd tot waterstof en zuurstof. Om ze op te slaan, moeten ze vloeibaar worden gemaakt voor een minimaal opslagtankvolume.

Hoewel zuurstof gemakkelijk vloeibaar kan worden gemaakt, wordt waterstof vloeibaar bij 30 Kelvin (-243 C) bij een druk van minimaal 15 bar. Dit vereist extra energie om waterstof vloeibaar te maken en vloeibaar te houden zonder verdamping. Deze cryogeen gekoelde waterstof en zuurstof (LH2/LOX) moet op lage temperatuur naar de plaats van gebruik worden getransporteerd.

Dus nu hebben we onze stuwstofvoorraden om dingen vanaf de maan te lanceren.

Hiervoor is een lanceerplatform nodig, dat zich mogelijk op de evenaar van de maan bevindt voor maximale flexibiliteit bij het lanceren in elke baanhelling, aangezien een polaire lanceerplaats beperkt zal zijn tot polaire lanceringen - alleen tot de geplande Lunar Gateway. Een lanceerplatform op de maan vereist uitgebreide infrastructuurontwikkeling.

Samenvattend, het schijnbare gemak waarmee waterijs uit de maanpolen kan worden gewonnen, logenstraft een complexe infrastructuur die nodig is om dit te bereiken. De kosten van de installatie van de infrastructuur zullen de reden voor kostenbesparingen voor in-situ gebruik van hulpbronnen teniet doen.

Alternatieven voor extractie

Er zijn meer voorkeursopties. Waterstofreductie van ilmeniet om ijzermetaal, rutiel en zuurstof op te leveren, biedt de meeste voordelen van het exploiteren van water. Zuurstof vormt het leeuwendeel van het LH2/LOX-mengsel. Er is geen grote infrastructuur nodig:thermische energie kan worden opgewekt door bescheiden zonneconcentratoren die in de verwerkingseenheden zijn geïntegreerd. Elke eenheid kan worden ingezet waar het nodig is - er zijn geen lange verplaatsingen tussen vraag- en aanbodsites nodig.

Daarom kunnen we bijna dezelfde functie bereiken via een andere, gemakkelijker haalbare route naar in-situ gebruik van hulpbronnen die ook duurzaam is door overvloedige ilmeniet en andere maanmineralen te winnen.

Laten we niet dezelfde onhoudbare fouten blijven herhalen die we op aarde hebben gemaakt - we hebben een kans om het goed te doen terwijl we ons in het zonnestelsel verspreiden.