Como transformar a poeira lunar em oxigênio

Dentro de uma grande esfera, os engenheiros esconderam seus equipamentos. Na frente deles havia uma liga de metal prateado com fios coloridos – uma liga que eles esperam que um dia crie oxigênio na lua.

Assim que a equipe desocupou a esfera, o experimento começou. A máquina em forma de caixa consumia agora uma pequena quantidade de regolito empoeirado – uma mistura de poeira e areia afiada com uma composição química que imita o solo lunar real.

Logo, o regolito tornou-se globoso. Uma camada dele foi aquecida a uma temperatura superior a 1.650°C. E, ao adicionar alguns reagentes, moléculas contendo oxigênio começaram a borbulhar.

“Testamos tudo o que podemos na Terra neste momento”, diz Brandt White, gestor de projetos na empresa privada Sierra Space. “O próximo passo é ir para a lua.”

O teste da espaçonave Sierra aconteceu neste verão no Johnson Space Center da NASA. Está longe de ser a única tecnologia em que os pesquisadores estão trabalhando, pois desenvolvem sistemas que poderiam fornecer aos astronautas a vida em uma futura plataforma lunar.

Esses astronautas precisarão de oxigênio para respirar, mas também para produzir combustível de foguete para espaçonaves que podem ser lançadas da Lua e para lugares distantes – incluindo Marte.

Os habitantes da Lua também podem precisar do metal e podem até colhê-lo dos restos de cinzas empoeiradas que cobrem a superfície lunar.

Depende se podemos ou não construir reatores que possam extrair esses recursos de forma eficiente.

“Bilhões de dólares poderiam ser economizados com os custos da missão”, diz White, acrescentando que, em vez disso, levar muito oxigênio e metais extras da Terra para a Lua seria difícil e caro.

Felizmente, o regolito lunar é rico em óxidos metálicos. Mas embora a ciência da extração de oxigênio de óxidos metálicos, por exemplo, seja bem compreendida na Terra, é muito difícil fazer isso na Lua. Não por causa das condições.

Em julho e agosto deste ano, a grande câmara esférica do Sierra Space induziu um vácuo e simulou temperaturas e pressões lunares.

A empresa diz que precisa melhorar o funcionamento do motor ao longo do tempo para lidar melhor com a textura altamente irregular e abrasiva do regolito. “Ele vai a todos os lugares, usa todos os meios”, diz White.

Uma coisa importante que não pode ser testada na Terra ou mesmo em órbita ao redor do nosso planeta é a gravidade lunar – é cerca de um sexto da da Terra. Em 2028 ou mais tarde, a Sierra Space será capaz de testar o seu sistema na Lua usando regolito real em condições de baixa gravidade.

A gravidade da lua pode ser um problema real para algumas tecnologias de extração de oxigênio até que os engenheiros possam projetá-la, diz Paul Burke, da Universidade Johns Hopkins.

Em abril, ele e colegas Publicou um artigo descreve os resultados de simulações de computador que mostram como um processo diferente de extração de oxigênio pode ser dificultado pela gravidade relativamente fraca da Lua. Sob investigação aqui está a eletrólise do regolito fundido, que envolve o uso de eletricidade para separar minerais lunares contendo oxigênio para extração direta de oxigênio.

O problema é que essa tecnologia funciona criando bolhas de oxigênio na superfície dos eletrodos nas profundezas do regolito fundido. “Tem a consistência do mel. É muito, muito viscoso”, diz o Dr. Burke.

“Essas bolhas não vão subir tão rápido – e podem, na verdade, demorar para se desprender dos eletrodos.”

Pode haver maneiras de contornar isso. A máquina produtora de oxigênio pode vibrar o dispositivo, o que pode fazer com que as bolhas vibrem livremente.

E eletrodos extramacios facilitam a separação das bolhas de oxigênio. Dr. Burke e seus colegas estão agora trabalhando em ideias semelhantes.

A tecnologia da Sierra Space, um processo carbotérmico, é diferente. No caso deles, quando bolhas contendo oxigênio se formam no regolito, elas o fazem livremente, e não na superfície do eletrodo. White diz que é menos provável que fiquem presos.

Enfatizando o valor do oxigênio para futuras missões lunares, o Dr. Burke estima que um astronauta precisaria de cerca de dois ou três quilogramas de oxigênio por dia no regolito, dependendo do condicionamento físico e dos níveis de atividade do astronauta.

No entanto, os sistemas de suporte de vida da base lunar reciclarão o oxigênio respirado pelos astronautas. Nesse caso, não há necessidade de ativar muito regolito para manter vivos os habitantes da Lua.

Uma aplicação real para tecnologias de extração de oxigênio, diz o Dr. Burke, é fornecer um oxidante para combustíveis de foguetes, o que poderia ajudar na ambiciosa exploração espacial.

Obviamente, quanto mais recursos você puder construir na Lua, melhor.

O sistema da Sierra Space requer a adição de algum carbono, embora a empresa diga que a maior parte dele pode ser reciclada após cada ciclo de produção de oxigênio.

Junto com colegas, Palak Patel, estudante de doutorado no Instituto de Tecnologia de Massachusetts, desenvolveu um experimento. Sistema de eletrólise de regolito fundidoPara extrair oxigênio e metais do solo lunar.

“Estamos realmente olhando para isso do ponto de vista de ‘vamos tentar reduzir o número de tarefas de redistribuição'”, diz ele.

Ao projetar seu sistema, Patel e seus colegas abordaram um problema descrito por Burke: baixa gravidade que impede a separação das bolhas de oxigênio que se formam nos eletrodos. Para combater isso, eles usaram um “sonicador”, que explode as bolhas com ondas sonoras.

Por exemplo, máquinas de extração de recursos na Lua poderiam extrair ferro, titânio ou lítio do regolito, diz Patel. Esses materiais poderiam ajudar os astronautas lunares a fabricar peças sobressalentes impressas em 3D para sua base lunar ou componentes de reposição para espaçonaves danificadas.

A utilidade do regolito lunar não para por aí. A Sra. Patel observa que em experimentos separados, o regolito simulado derreteu em uma substância dura, escura e vítrea.

Ela e seus colegas exploraram como transformar esse material em tijolos fortes e ocos que seriam úteis para a construção de estruturas na Lua — Um imponente monólito negroDiga-me. Por que não?