Ludzie na Księżycu będą mieli wodę dzięki polskim naukowcom. Ogromny sukces naszych badaczy
Podbój kosmosu to nie tylko ekscytujące misje i zdjęcia odległych galaktyk. To przede wszystkim logistyka – jak zapewnić astronautom wszystko, czego potrzebują do życia i pracy w ekstremalnych warunkach? Jednym z kluczowych wyzwań jest woda. Wysyłanie jej z Ziemi jest kosztowne i skomplikowane, dlatego naukowcy intensywnie poszukują sposobów na jej pozyskiwanie na miejscu – w kosmosie. I tu na scenę wkraczają polscy badacze.
Księżyc - nasz najbliższy sąsiad - może kryć w sobie cenne zasoby wody w postaci lodu uwięzionego w regolicie – księżycowej glebie. To odkrycie otworzyło nowe możliwości dla przyszłych misji załogowych. Zamiast wozić wodę z Ziemi, moglibyśmy ją pozyskiwać na miejscu, co znacząco obniżyłoby koszty i zwiększyło niezależność od dostaw z naszej planety.
Międzynarodowy zespół naukowców, w skład którego weszli również badacze z Politechniki Wrocławskiej, opracował technologię ekstrakcji wody z regolitu księżycowego w warunkach laboratoryjnych. To kluczowy krok we wspieraniu eksploracji Układu Słonecznego.
Kluczowy projekt dla eksploracji kosmosu
Astronauci nie mogą funkcjonować bez wody i choć można ją wysyłać na orbitę z Ziemi, to naukowcy cały czas szukają sposobów na jej wytwarzanie w przestrzeni kosmicznej. Jeden z pomysłów zakłada wykorzystanie do tego celu regolitu księżycowego zawierającego w sobie wystarczającą ilość lodu.
Wyzwanie opracowania odpowiedniej technologii do pozyskania i oczyszczania wody podjął interdyscyplinarny zespół, w skład którego weszli specjaliści z Niemiec, Austrii, Polski i Włoch.
Projekt LUWEX rozpoczął się w listopadzie 2022 r. i trwał dwa lata. Pracami kierowali badacze z Niemieckiego Centrum Aeronautyki i Kosmonautyki (DLR) w Bremie. W skład grupy weszli także naukowcy z Politechniki Wrocławskiej oraz przedstawiciele firm Thales Alenia Space (Włochy) i Scanway Space (Polska).
Naszym celem było opracowanie innowacyjnej technologii do pozyskiwania, oczyszczania i monitorowania jakości wody z regolitu księżycowego. Pozyskana w ten sposób woda może być łatwo przechowywana i bezpośrednio wykorzystywana jako środek do spożycia i użycia przez astronautów lub poddana elektrolizie do wodoru i tlenu, co stanowi bardzo efektywną kombinację paliwa rakietowego
– mówi dr hab. Karol Leluk, prof. uczelni z Wydziału Inżynierii Środowiska Politechniki Wrocławskiej.
Księżycowy regolit skarbnicą lodu
Czym właściwie jest regolit? To nic innego jak pokrywająca powierzchnię Księżyca warstwa pyłu i odłamków skalnych. W głębszych jego warstwach znajdują się śladowe ilości lodu wodnego, który może stać się cennym źródłem wody dla przyszłych misji kosmicznych. Nasz Księżyc jest np. pokryty kilkumetrową warstwą drobnego regolitu, którego źródłem są odłamki skał powstałe m.in. w czasie uderzeń meteorytów.
Aby symulować księżycowy regolit zawierający lód, naukowcy stworzyli w laboratorium mieszankę, łącząc syntetyczny regolit księżycowy z drobinami lodu. Lód użyty w eksperymencie powstał w wyniku błyskawicznego zamrożenia drobnych kropelek wody w ciekłym azocie. W efekcie powstały kuliste cząsteczki o średnim promieniu 2,4 mikrometra - około jednej dwudziestej grubości ludzkiego włosa.
Taki materiał umieszczono następnie w systemie ekstrakcji wody opracowanym, znajdującym się w komorze próżniowo-termicznej, co pozwoliło na jego przetestowanie w warunkach podobnych do księżycowych. Piętnaście kilogramów materiału umieszczono we wstępnie schłodzonym pojemniku wewnątrz komory próżniowej, z której odpompowano powietrze
– wyjaśnia prof. Leluk.
Następnie materiał został ogrzany i rozpoczęto proces jego mieszania, aby zapewnić równomierne rozprowadzenie ciepła. W tych warunkach lód sublimował bezpośrednio do pary wodnej, która została skroplona na miedzianych rurkach schłodzonych do - 150°C. Tak skroplony surowiec (woda) został zebrany celem jego oczyszczenia.
Więcej o tym jak ludzie podbijają Księżyc przeczytasz na Spider's Web:
Polski wkład w międzynarodowy sukces
Cały proces ekstrakcji i oczyszczania wody został zweryfikowany eksperymentalnie w Comet Physics Laboratory w Brunszwiku, unikalnym obiekcie zaprojektowanym w celu odtworzenia warunków panujących na powierzchni Księżyca.
W laboratorium znajduje się m.in. komora próżniowo-termiczna, w której możliwe jest prowadzenie procesu w temperaturach do -170 stopni C w warunkach próżni. Obiekt ten, pierwotnie opracowany do badań nad kometami, umożliwił badaczom testowanie technik ekstrakcji w warunkach zbliżonych do tych panujących na Księżycu na modelu w skali rzeczywistej.
Trzy litry księżycowej wody
Eksperymenty trwały kilka miesięcy, a każdy test miał na celu wyprodukowanie co najmniej pół litra wody. Ostatecznie podczas prób udało się wydobyć i oczyścić prawie 65 proc. wody z symulantu. W trakcie wszystkich eksperymentów wyprodukowano ponad trzy litry wody przeznaczonej do spożycia
– mówi prof. Karol Leluk.
Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej i specjaliści z Thales Alenia Space byli odpowiedzialni za oczyszczenie wyekstrahowanej wody, tak aby jej jakość spełniała rygorystyczne wymagania dotyczące użytkowania przez ludzi i produkcji paliwa rakietowego.
Udział zespołu z Politechniki Wrocławskiej polegał na zaprojektowaniu i wykonaniu podsystemu do analizy jakości wody oraz zintegrowaniu go z całym układem. Pomiar dokonywany jest w dwóch punktach: przed i po układzie oczyszczania wody dając informację w zakresie wydajności podsystemu oczyszczania ale także pełniąc rolę układu monitorującego jej jakość w czasie rzeczywistym.
Krok ku przyszłości
Polski wkład w eksplorację kosmosu staje się coraz bardziej znaczący. Dzięki pracy naukowców z Politechniki Wrocławskiej i ich międzynarodowych partnerów, wizja stałych baz na Księżycu i dalszych podróży w Układzie Słonecznym staje się coraz bardziej realna. A wszystko to dzięki wodzie wydobytej z księżycowego pyłu.
Opracowanie technologii pozyskiwania wody z regolitu to przełom, który zbliża nas do kolonizacji Księżyca i eksploracji dalszych części Układu Słonecznego. Polacy po raz kolejny pokazali, że potrafią uczestniczyć w największych projektach naukowych świata. Przyszłość kosmosu wygląda coraz bardziej obiecująco, a Księżyc staje się nie tylko celem, ale i punktem wyjścia do jeszcze śmielszych przedsięwzięć.
