Maanmijnwerkers waren deze week bijzonder jubelend toen wetenschappers zeiden dat ze overtuigend bewijs hadden gevonden voor waterijs op het maanoppervlak. Er is daar veel meer ijs dan we dachten, en nu weten we precies waar het ligt. Dit zou de toekomstige waterwinning aanzienlijk kunnen vereenvoudigen.
Lang voor deze ontdekking probeerden wetenschappers al het water te vinden dat zich op het maanoppervlak zou kunnen verbergen. Het is een hulpbron die ongelooflijk waardevol zal zijn voor toekomstige langetermijnmissies naar de maan, aangezien water essentieel is voor het leven hier op aarde. Het kan worden gerecycled in de maanhabitat of worden gebruikt om te drinken of te baden. Met zijn hulp zou het ook mogelijk zijn om de planten te laten groeien die nodig zijn om toekomstige maanbewoners te voeden.
Misschien wel het grootste en meest directe gebruik van maanwater is raketbrandstof. De belangrijkste componenten van water - waterstof en zuurstof - zijn twee van de belangrijkste materialen die worden gebruikt in raketbrandstof. En als je raketbrandstof maakt van water op de maan, zou het geweldig zijn om geld te besparen op ambitieuze missies in de ruimte. Voorlopig moeten raketten die de aarde verlaten alle brandstof bij zich hebben die ze nodig hebben. Maar met behulp van maanijs konden raketten in de ruimte worden bijgetankt en voor minder geld verder gelegen plaatsen bereiken.
Is water beter dan olie?
"Het idee is om een soort off-earth supply chain te creëren voor bepaalde producten - in het bijzonder voor water als brandstof - om het veel gemakkelijker te maken om van het ene lichaam naar het andere in de ruimte te gaan", zegt Julie Brisset. Research Fellow, Florida Space Institute.
Iets afleveren in de ruimte is altijd duur. Als je wilt dat je satelliet aan de zwaartekracht van de aarde ontsnapt, heb je veel brandstof nodig om hem in een baan om de aarde te krijgen. In feite is het grootste deel van het gewicht dat een raket draagt bij het lanceren afkomstig van brandstof. En hoe dieper je de ruimte in gaat, hoe meer brandstof je nodig hebt. Er is meer energie nodig om te ontsnappen aan de zwaartekracht van de planeet. Daarom worden missies naar deep space steeds duurder, omdat er een grote raket nodig is en er veel brandstof nodig is.
Maar wat als je, in plaats van brandstof op aarde te nemen, de tank zou kunnen vullen met brandstof die al in de ruimte is? Dan zouden missies naar de verre ruimte net zo alledaags worden als reizen van de ene stad naar de andere. "Stel je voor dat je Denver moest verlaten en er waren geen benzinestations onderweg en je moest helemaal naar New York tanken", zegt George Sowers, professor aan de Colorado School of Mines en voormalig vice-president van United Launch. Alliantie. “Je krijgt dit zeker niet allemaal in de auto. We zullen een trailer moeten nemen. ' Dit is de reden waarom het idee van maanontwikkeling zo opwindend is voor de geest. Water op de maan kan worden gedolven, opgesplitst in raketbrandstof en getransporteerd naar een circumlunaire of een lage baan om de aarde. Raketten hoeven niet groot te zijn om alle brandstof mee te nemen. Ze konden gewoon aanleggen bij een benzinestation en tanken voor lange reizen.
Promotie video:
Het transporteren van brandstof van de maan naar andere plaatsen in de ruimte zal veel goedkoper zijn dan het transporteren van de aarde. Op de maan, een zesde van de zwaartekracht van de aarde, wat betekent dat er minder energie nodig is om los te komen van het oppervlak. Sowers analyseerde onlangs de kosten van het transport van maanbrandstof naar verschillende locaties in de ruimte. Het leveren van maanwater aan een lage baan om de aarde is bijvoorbeeld goedkoper dan het vanaf de aarde te sturen, hoewel onze planeet dichterbij is. "Als je deze brandstof in een lage baan om de aarde gaat gebruiken, zal de besparing 20 tot 30 procent bedragen als je maanbrandstof gebruikt in plaats van aardse brandstof", zegt Sowers.
Wetenschappers fantaseren al decennia lang over het omzetten van maanwater in raketbrandstof, sinds er bewijzen zijn opgedoken dat de maanpolen geschikt zijn om ijs te ontwikkelen. In 1994 toonde een gezamenlijk onderzoek door NASA en het Amerikaanse leger, genaamd Clementine, aan dat er water bestaat in kraters aan de maanpolen. Deze plaatsen zien nooit het licht van de zon en bereiken nooit temperaturen boven de -250 graden Fahrenheit. Verschillende missies naar de maan hebben sindsdien bevestigd dat er mogelijk water in het gebied is. In 2009 liet NASA het LCROSS-ruimtevaartuig in een krater bij de zuidpool van de maan vallen om te zien welke materialen de inslag zou uitwerpen. De lozing bleek 5% uit water te zijn.
Een studie die deze week in PNAS is gepubliceerd, laat echter zien dat sommige delen van de maan in water kunnen worden ondergedompeld. Wetenschappers van de Universiteit van Hawaï en de Brown University analyseerden gegevens die waren verzameld door het Indiase apparaat "Chandranayan-1", dat in 2008 naar de maan ging. Met behulp van een van de instrumenten van het vaartuig konden ze ijsgebieden op de maan in kaart brengen door de reflectiviteit van het water te meten. Ze hebben deze plaatsen ook in infrarood licht gescand en vastgesteld dat het water de vorm aannam van ijs, niet van vloeistof of damp. Ze bevestigden niet alleen dat er waterijs aanwezig is op het maanoppervlak, maar dat sommige gebieden op aarde voor 20-30 procent uit ijs bestaan. Afhankelijk van hoe diep het ijs onder het oppervlak gaat, zou het mogelijk zijn om in kaart te brengen waar de drijfgascomponenten worden gewonnen.
Een brandstofdepot in een lage baan om de aarde opent nieuwe mogelijkheden voor missies in de ruimte. Je zou bijvoorbeeld een ruimtesleepboot kunnen bouwen - een raket die in de ruimte zit, keer op keer tankt en de satellieten naar de gewenste bestemming brengt. Nu zijn satellieten, die in een hoge baan om de aarde worden gelanceerd, zes maanden tot een jaar nodig om langzaam hoger te stijgen met behulp van boordmotoren. Gedurende deze tijd kunnen ze hun werk niet doen en brengen ze geen geld mee. Maar met een ruimtesleepboot konden satellieten met kleine raketten in lagere banen worden ingezet en vervolgens door de ruimtesleepboot worden gebruikt om de satellieten in slechts een paar dagen in de gewenste baan te krijgen. Dit zou de satellietoperatoren geld besparen: ze zouden geen grote raket hoeven te lanceren om hun lading de ruimte in te krijgen.en ze zouden meer tijd hebben gehad om met hun metgezel te werken.
Dus ja, maanwater is cool als brandstof, maar het zal niet gemakkelijk zijn om ermee te beginnen. Ten eerste moet u uitgebreide verkenningen uitvoeren. Dankzij de PNAS-studie hebben wetenschappers in wezen een kaart gemaakt die laat zien waar ze moeten zoeken naar de sappigste delen van waterijs aan de maanpolen. De volgende stap is om de landingsmodules en rovers te sturen om de beste sites te vinden. Wetenschappers weten nog niet of het ijs de vorm heeft van slush gemengd met ijs, of in de vorm van vaste blokken gemengd met ander oppervlaktemateriaal. “We weten hoe we afzuigapparatuur moeten ontwerpen. We weten gewoon niet welke apparatuur we moeten gebruiken”, zegt Metzger.
Een idee is om de maangrond op te graven met een graafmachine die materiaal naar een processor stuurt. De processor scheidt tijdens het verwarmingsproces het ijs van de bodem en breekt het water met elektriciteit op in basisbestanddelen. Een deel van de resulterende brandstof wordt vervolgens gebruikt om de rest van het water van de maan in een voertuig naar het brandstofdepot te lanceren.
Dit alles zal natuurlijk duur zijn. "Het komt allemaal neer op een kostenanalyse", zegt Metzger. "Is het goedkoper om raketbrandstof vanaf de aarde te lanceren, of is het goedkoper om apparatuur een keer de ruimte in te lanceren en die apparatuur vervolgens te onderhouden en deze te gebruiken om continu raketbrandstof in de ruimte te maken?" Op basis van analyse door Metzger, Brissé en Sowers concludeerden ze dat het tien jaar zou duren om te investeren in mijnbouw op de maan om winst te maken. Maar aangezien moon mining een risicovolle onderneming is, willen durfkapitalisten misschien niet actief betrokken zijn bij deze business.
Dit is de reden waarom het team suggereert dat NASA vroege mijnbouwontwikkelingen moet medefinancieren. Daarom zullen commerciële investeerders eerder samenwerken met een gerenommeerd bureau dat een deel van de kosten kan dragen.
NASA zal geen service verlenen aan investeerders: het ruimteagentschap heeft gesuggereerd dat er elk jaar tot 100 ton brandstof nodig kan zijn om ruimtevaartuigen van brandstof te voorzien die het maanoppervlak verlaten vanaf de basis. Als dit alles vanaf de aarde wordt gelanceerd, is er ongeveer 3,5 miljard dollar per jaar voor nodig. Besparingen door het creëren van maanbrandstof zullen missies naar de maan en Mars goedkoper maken. "Missies naar Mars zouden goedkoper zijn, en ook alles wat we buiten de aarde doen", zegt Sowers. Het gebruik van maanbrandstof om raketten bij te tanken zou bijvoorbeeld de kosten van het vliegen naar de maan vanaf de aarde met een factor drie verlagen, zei Sowers. Dit is belangrijk gezien het feit dat NASA op het punt staat weer een menselijke missie naar de maan uit te voeren.
Ilya Khel
