Технологія видобутку води на Місяці без зміни фази льоду
DOI:
https://doi.org/10.15407/knit2024.02.028Ключові слова:
без зміни фази льоду, видобуток води, крижані реголіти, МісяцьАнотація
Проведено аналітичне дослідження відомих технологій видобутку води на Місяці та доведено, що енергоефектив-
ними є методи, що не потребують зміни фази льоду. На основі аналізу розподілу температури по глибині реголіту
на місячних полюсах встановлено, що вода у формі льоду може бути наявна на глибинах менш ніж 11 см. Крижані
реголіти за своїми властивостями не є сипучими породами, як сухий реголіт, а досить тривкі. Тому для видобутку води з крижаного реголіту без зміни фази льоду запропоновано двостадійну технологію: спочатку подрібнення видобутої сировини, а потім розділення її грохоченням. Ступінь тривкості реголіту стрімко зростає при збільшенні вмісту води. Оскільки маса та потужність обладнання збільшується при збільшенні ступеня тривкості матеріалу, на першому етапі освоєння Місяця доцільно видобувати та обробляти крижані реголіти з вмістом льоду 1.6 %, що належать до досить м’яких порід і мають ступінь тривкості 2. Для викопування таких матеріалів можна використовувати невеликі мобільні екскаватори, що вже розроблені і протестовані, а для обробки сировини застосовувати дробарки ударної дії, що мають малу масу та потужність.
Опрацьовано концепцію комплексної системи відокремлення льоду від реголіту без зміни фази льоду на осно-
ві дробарки ударної дії вибіркового дроблення, що поєднує операції подрібнення видобутої сировини і розділення
окремих компонентів в одному пристрої. Дробарки ударної дії вибіркового дроблення є найбільш енергоефективним
обладнанням для подрібнення та розділення сировини. Витрати потужності запропонованої комплексної системи
вибіркового дроблення для відокремлення льоду від реголіту на видобуток 100 кг льоду на годину становлять 118 Вт, що близько до витрат системи «Aqua Factorem» (100 Вт) і значно менше від витрат термічного методу (800 кВт).
Посилання
Carrier D., Olhoeft G., Mendell W. (1991). Physical properties of the lunar surface. Lunar Sourcebook, A User's Guide to the Moon, Cambridge: University Press, 475-594. ISBN 0521334446.
URL: https://www.lpi.usra.edu/publications/books/lunar_sourcebook/pdf/Chapter. (Last accessed: 29.04.2023).
Extracting Water from the Moon with Basic Home Appliances (2008).
URL: https://www.universetoday.com/19244/extracting-water-from-the-moon-with-. (Last accessed: 29.04.2023).
Florenskyi K. P., Bazilevsky A. T., Nikolayeva O. V. (1975). Lunar soil: properties and analogues. 1974 Model. Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry, 50 p.
Hegde U., Balasubramaniam R., Gokoglu S. (2012). Analysis of Water Extraction from Lunar Regolith. 50th AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, Nashville, Tennessee.
https://doi.org/10.2514/6.2012-634
URL: https://AIAA2012-634-2071WaterExtraction.pdf (Last accessed: 29.04.2023).
How NASA Hopes to Mine Water on the Moon (2009).
URL: https://www.space.com /7350-nasa-hopes-water-moon.html (Last accessed: 29.04.2023).
Gläser P., Sanin A., Williams J.-P., Mitrofanov I., Oberst J. (2020). Temperatures Near the Lunar Poles and Their Correlation With Hydrogen Predicted by LEND.
https://doi.org/10.1002/essoar.10503595.1
URL: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1029/2020JE006598 (Last accessed: 29.04.2023).
Kramarenko V. V. (2019). Pedology. Manual. Moscow: Yuright, 480 p.
Mantovani J. G., Swanger A., Townsend I. I., Sibille L., Galloway G. (2014). Characterizing the physical and thermal properties of planetary regolith at low temperature.
URL: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20140017852/downloads/20140017852.pdf (Last accessed: 29.04.2023).
Metzger P. T., Sapkota D., Fox J., Bennett N. (2022). AQUA FACTOREM: Ultra low energy lunar water extraction. final report NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) Phase I Grant Number 80NSSC 20K1022. University of Central Florida, Florida Space Institute. March 15, 2021.
URL: https://fsi.ucf.edu/wp-content/uploads/sites/4/2022/11/FInal-Report_Aqua. (Last accessed: 29.04.2023).
Mitchell J. K., Carrier W. D., Houston W. N., Scott R. F., Brownwell L. G., Durgunoqlu H. T., Hovland H. J., Treadwell D. D., Costes N. C. (1972). Soil mechanics. Apollo 16 Preliminary Science Report. Washington, NASA.
Particle size distribution of real lunar regolith and lunar simulants JSC1, FJS1.
URL: https://www. researchgate. net/figure/ Particle-size-distribution-of-real-lunar-regolith-and-lunar-simulants-JSC-1-FJS-1-and_fig2_320618170/ download?
(Last accessed: 29.04. 2023).
Sanders G. B., Moore L., McKay D. S., Simon T. M., Lueck D. E., Parrish C. F., Johnson K. R., Mungas G., Pelletier M., Sacksteder K., Duke M., Taylor J., Taylor L., Boucher D. (2005). Regolith & Environment Science, and Oxygen & Lunar Volatile Extraction (RESOLVE) for Robotic Lunar Polar Lander Mission. Int. Lunar Conf., 1-16.
URL: https://Regolith_and_Environment_Science_and_Oxy-1.pdf (Last accessed: 29.04.2023).
Small Business Innovation Research (SBIR) & Small Business Technology Transfer (STTR) program. Extraction of Oxygen, metal, and water from lunar regolith. (2022).
URL: https://sbir.nasa.gov/content/extraction-oxygen-metal-and-water-lunar-re. (Last accessed: 29.04.2023).
Smirnov V. O., Biletskyi V. S. (2012). Preparatory processes for mineral enrichment. Study guide. Donetsk: Eastern publishing house, 285 p. [In Ukrainian]
Sokur M. I., Biletskyi V. S., Yegurnov O. I., Vorobyov O. M., Smirnov V. O., Bozhik D. P. (2017). Preparation of minerals for beneficiation: monograph. Kremenchuk, 392 p. [In Ukrainian]
